金属螯合剂

化合物

金属螯合剂（metal chelating agent）可以通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部，变成稳定的，分子量更大的化合物，从而阻止金属离子起作用，可以用于解毒，印染，阻垢等方面。

释义

由一个简单正离子(称为中心离子)和几个中性分子或离子(称为配位体)结合而成的复杂离子叫配离子(又称络离子)，含有配离子的化合物叫配位化合物。配合物中心离子与配位体通过配位键结合。配位键是一种特殊的共价键，通常的共价键是由两个成键·原子分别贡献出一个电子形成共同电子对的，而在配位键中是只由一个原子提供电子对，另一原子提供空轨道形成的。为了区别把共价键用“—”表示，如H·+·H=H：H(H—H)，配位键仍用“←”表示，箭头指向提供空轨道的原子，如Cu+NH3=CuNH3(Cu←NH3)。如果配位体中只有一个配位原子，则中心离子与配位体之间只能形成一个配位键。而有些配位体分子中含有两个以上的配位原子，当两个原子间相隔着两至三个其他非配位原子时，：这个配体就可以与中心离子(或原子)同时形成两个以上的配位键，并形成一个包括两个配位五元或六元环的特殊结构，把这种配合物称为螯合物。螯合物比一般配合物更稳定。

性质

某些染料(如C. I. 分散红60，C. I. 分散蓝79等)在化学合成过程中带入铁、铜、镁、钙等离子，造成染料着色时色光发暗等不良影响，除在原染料中设法减少或避免这些离子侵入外，常采用金属螯合剂将这些离子螯合，使之不影响染料的印染效果。所用的金属螯合剂有柠檬酸、乙二胺四乙酸(依地酸)等，用量通常为染料量的千分之几(如金属含量过高可适当多一些)。除适用于上述几种分散染料品种外，也可用于对这些金属离子敏感的其他染料品种。

类别

无机类金属离子螯合剂

聚磷酸盐螯合剂的缺点是它们在高温下会发生水解而分解，使螯合能力减弱或丧失。而且其螯合能力受pH值影响较大，一般只适合在碱性条件下作螯合剂。一般说来这些无机螯合剂对重金属离子特别是铁离子的螯合能力较差。由于以上缺点，使无机螯合剂的用途受到限制，通常只用于对钙、镁离子螯合，所以常作为硬水软化剂。

有机类金属离子螯合剂

能与重金属离子起螯合作用的有机化合物很多，如羧酸型、有机多元膦酸等。

羧酸型

在清洗剂中使用的羧酸型螯合剂主要有氨基羧酸类和羟基羧酸类等。

(1)氨基羧酸类氨基羧酸用作螯合剂的有乙二胺四乙酸(EDTA)，氨基三乙酸(又称次氮基三乙酸NTA)，二亚乙基三胺五乙酸及其盐等。它们对钙、镁离子均有较强的螯合作用。从单位质量的三种酸螯合钙离子的数量看，以NTA螯合最多，EDTA其次，DTPA再次。从实用方面来看NTA与钙离子形成的螯合物相当稳定且价格又便宜，所以常在洗涤剂中做三聚磷酸钠的代用品。

乙二胺四乙酸二钠盐分子中含有两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对可与钙离子形成六个配位键组成的K元环如下：在水中很稳定不易解离。但由于乙二胺四乙酸价格昂贵，只用在不停车清洗等特殊圬垢清洗中而且常用在水中溶解度较其大的二钠盐或四钠盐。二钠盐水溶液的pH值为4.4，四钠盐水溶液pH值为10.8。应当注意在碱性条件下有些金属离子会形成氢氧化物沉淀析出而不被螯合，例如Fe3+在pH＞8的水溶液中会形成Fe(OH)3沉淀而不能用EDTA去螯合Fe3+。所以如果金属离子在pH值较高条件下生成氢氧化物，则不能被螯合，在实用中要注意。

(2)羟基羧酸类用作螯合剂的这类羧酸主要是柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)和葡萄糖酸(GA)。由于这些螯合剂在酸性条件下螯合性能较弱，在洗涤剂配方中通常采用它们的盐作助洗剂。其中葡萄糖酸钠是一种良好的全能螯合剂，对多种金属离子都有很好的螯合能力，而酒石酸钠、柠檬酸钠也能螯合大多数二价和三价金属离子。

柠檬酸及其盐在酸性范围内就有较强的螯合能力，合适的使用范围是pH=4～8。柠檬酸与铁离子形成的螯合物溶解度低，在水中会形成沉淀，为了增加其溶解度，加入适量铵盐生成柠檬酸单铵与Fe3+、Fe2+离子螯合分别形成溶解度较大的柠檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵，这样就不会在清除铁锈时出现沉淀。

当柠檬酸铵与羟基乙酸并用时，它的螯合能力增加。几种羧酸对铁锈的溶解能力顺序为：柠檬酸铵—羟基乙酸＞羟基乙酸＞柠檬酸铵。

由于柠檬酸螯合剂适用pH值范围比其他几种羟基羧酸广，使它成为工业生产中使用最多的羟基羧酸螯合剂。

(3)羟氨基羧酸类这类酸用作螯合剂的典型代表是羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二羟乙基甘氨酸(DEG)。

它们在pH=9的弱碱性条件下可螯合铁离子，但对其他离子螯合能力较差，如二羟乙基甘氨酸不能用螯合钙、镁离子，所以一般可用它们去除铁锈垢而不用它们去除碳酸钙等水垢。羧酸类螯合剂大多有易于生物降解不污染环境，无毒害的优点。其他羧酸类螯合剂还有1，2，3，令四羧基环戊烷，2—氧乙酸基丙二酸及2—氧乙酸基丁导酸等。

有机多元膦酸

有机多元膦酸与无机聚磷酸盐相比有良好的化学稳定性，不易水解，能耐较高温度。对许多金属离子如钙、镁、铜、锌都有优异的螯合能力。在工业清洗中常用作阻垢剂，防止水垢的生成。已被大量应用。

聚羧酸

有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚体。它们含有的聚合阴离子都是金属离子的优良螯合剂，因此也被用作阻垢剂。

其中聚丙烯酸及其钠盐是应用得最广泛的聚羧酸型阻垢剂。

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