nghien cuu su tao phuc da phoi tu giua coii voi pan va ch3cooh bang phuong phap trac quang

Ngoài ra, bản thân các nguyên tố vi lượng còn giữ vai trò quan trọng đối với sự phát triển của động thực vật, việc thừa hoặc thiếu các nguyên tố vi lượng đều không có lợi cho đời sống củ

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay khi khoa học và kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sản xuất và ứng dụng các vật liệu siêu tinh khiết và các ngành công nghiệp trở nên rất cấp bách Ngoài ra, bản thân các nguyên tố vi lượng còn giữ vai trò quan trọng đối với sự phát triển của động thực vật, việc thừa hoặc thiếu các nguyên tố vi lượng đều không có lợi cho đời sống của chúng ta, trong đó Coban là một trong những nguyên tố chuyển tiếp có tầm quan trọng nhất đối với nhiều ngành khoa học và hiện đang được sự chú ý và nghiên cứu sâu rộng Ngoài ra, Coban còn là nguyên tố vi lượng tham gia vào các quá trình chuyển hóa tế bào

Có rất nhiều phương pháp xác định Coban Tuy nhiên, tùy vào từng loại mẫu mà người ta sử dụng các phương pháp như: phương pháp phân tích thể tích, phương pháp trọng lượng, phương pháp trắc quang và một

số phương pháp hóa lý khác nhưng trong đó phương pháp trắc quang

là phương pháp được sử dụng nhiều nhất và tuy phương pháp này chưa phải là hoàn toàn ưu việt nhưng xét về nhiều mặt nó có những ưu điểm nổi bật như: có độ lặp lại, độ chính xác cao và độ nhạy đạt yêu cầu phân tích Mặt khác, phương pháp này chỉ cần máy móc không quá đắt, dễ bảo quản cho giá thành phân tích rẽ, phù hợp với yêu cầu cũng như điều kiện của các phòng thí nghiệm nước ta hiện nay [8] Bên cạnh đó như chúng ta

đã biết, phức chất cũng có vai trò vô cùng quan trọng trong các ngành công nghiệp hóa chất và rất được sự quan tâm của các nhà khoa học chẳng hạn như vào đầu thế kỷ XVIII, phức chất được biết và sử dụng đầu tiên có màu xanh Beclin có thành phần KCN.Fe(CN)

2.Fe(CN)3 do Điesbat người Đức điều chế được dùng làm chất bột màu Phức chất thứ hai được biết bởi Taxac người Pháp vào năm 1789 là hợp chất màu

nâu đỏ tạo nên khí amoniac kết hợp với quặng của kim loại Coban Trong lịch sử phát triển của hoá học phức chất, những phức chất được biết đến

và nghiên cứu đầu tiên chính là phức chất của kim loại chuyển tiếp[8]

Xuất phát từ thực tiễn đó chúng tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu sự tạo phức đa phối tử giữa Co(II) với PAN và CH

3 COOH bằng phương

pháp trắc quang ” là một trong những hướng để nâng cao độ nhạy, độ

chọn lọc, độ chính xác của phép xác định hàm lượng Coban trong thực

tế nghiên cứu

2. Mục tiêu nghiên cứu

Để giải quyết đề tài này chúng tôi tiến hành nghiên cứu những vấn đề sau:

- Xác định thành phần phức giữa Co(II) với PAN và CH

3COOH.

- Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam ( ) bằng phương pháp trắc quang

3. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu

+ Khảo sát hiệu ứng tạo phức giữa Co2+ với PAN và CH

3COOH.+ Khảo sát các điều kiện tối ưu của sự tạo phức

+ Xác định tỉ lệ tạo phức Co(II):PAN:CH

3COOH.

+ Xây dựng phương trình đường chuẩn

+ Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam ( ) của phức

4. Đối tượng nghiên cứu: phức giữa Co2+ với PAN và CH

3COOH.

5. Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu sự tạo phức đa phối tử giữa Co(II) với PAN và CH

3COOH bằng phương pháp trắc quang, chúng tôi sử dụng các

phương pháp sau đây:

❖ Xác định tỉ lệ tạo phức giữa Co(II) với PAN dùng các phương pháp như:

-Phương pháp hệ đồng phân tử gam.

- Phương pháp tỉ số mol

- Phương pháp Staric – Bacbanen

- Phương pháp chuyển dịch cân bằng

❖ Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam bằng phương pháp Kamar

và phương pháp trung bình

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về các nguyên tố nhóm VIIIB

1.1.1. Cấu tạo và tính chất của các nguyên tố nhóm VIIIB

Nhóm VIIIB bao gồm 9 nguyên tố xếp trong 3 cột: sắt (Fe), ruteni (Ru) và osmi (Os); coban (Co), rodi (Rh) và tridi (Ir); Niken (Ni), paladi(pd) và platin (Pt) Dưới đây là một số đặc điểm của nguyên tố nhóm VIIIB:

Nguyên tố, số thứ tự

Cấu hình electron

hóa trị Bán kính

Fe, 263d64s2 1,26

Co, 273d74s2 1,25

Ni, 283d84s2 1,24Nguyên tố, số thứ tự

Cấu hình electron

hóa trị Bán kính

Ru, 444d75s1 1,35

Rh, 454d85s1 1,34

Ir, 775d76s2 1,35

Pt, 785d96s1 1,35

Những nguyên tố nhóm VIIIB nằm chính giữa chu kì lớn Nguyên tử của tất cả các nguyên tố này đều có 1 hay 2 electron ở lớp ngoài cùng nên chúng là các kim loại Trong các nguyên tố này, những obitan d lần lượt được điền thêm electron thứ hai Điều này làm cho những nguyên tố đứng cạnh nhau trong một chu kì có tính chất giống nhau

Số oxi hóa cực đại của nhóm nguyên tố này có thể là +8, thể hiện trong các oxit RuO

4 và OsO4, còn các nguyên tố khác có số oxi hóa thấp hơn So với các nhóm VB,VIB và VIIB, khuynh hướng tạo nên oxitaxit

ứng với trạng thái oxi hóa cao của nguyên tố giảm xuống, trừ Fe, Ru và Os.

Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố trong mỗi cột cũng tương

tự sự biến

đổi tính chất trong các nhóm kim loại chuyển tiếp khác Ví dụ như khi đi

từ nguyên

tố trên xuống nguyên tố dưới ở trong mỗi cột, độ bền của hợp chất

ứng với trạng thái oxi hóa cao tăng lên

Các nguyên tố nhóm VIIIB có ít nhiều những tính chất của kim loại quý

Chúng có khả năng xúc tác nhiều phản ứng hóa học

Những ion của kim loại nhóm VIIIB rất dễ tạo nên nhiều phức chất bền

1.1.2. Giới thiệu chung về Coban

1.1.2.1. Trạng thái thiên nhiên, vai trò, ứng dụng, độc tính và điều chế Coban

❖ Trạng thái thiên nhiên

Trong tự nhiên Coban không có quặng riêng thường lẫn với các chất khác như Cobatin (CoAsS) chứa 35,4%Co, Smatit (CoAs

2), chiếm 0,001% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất Trong đất trồng hàm lượng Coban chiếm 5mg/kg, còn trong nước tự nhiên thì rất ít

Vì trữ lượng bé của Coban, hằng năm tổng lượng Coban sản xuất trên thế giới chỉ vào khoảng 20 ngàn tấn mặc dù Coban là vật liệu chiến lược, nhất là đối với kỹ thuật và quốc phòng

❖ Vai trò và ứng dụng

Coban có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như kích thích tạo máu, kích thích tổng hợp protein cơ, tham gia chuyển hóa gluxit, chuyển hóa các chất vô cơ, tham gia vào quá trình tạo vitamin B

12 (C

63H88OO14N14Peo) và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp luyện kim

Coban được ứng dụng trong kỷ nghệ thuỷ tinh mẫu, trong công nghiệp đồ sứ, luyện kim để chế tạo những hợp kim và thép đặc biệt

Coban và các hợp chất của nó được dùng làm chất xúc tác cho nhiều quá trình hóa học Muối của Coban thường được sử dụng làm chất sắc tố trong hội họa , đồ gốm,…

❖ Độc tính

Mặc dù Coban không bị coi là độc như hầu hết các kim loại nặng vì theo những nghiên cứu mới đây tại Mỹ thì không có sự liên hệ giữa Coban trong nước và bệnh ung thư ở người

Tuy nhiên, với hàm lượng lớn Coban sẽ gây tác động xấu đến cơ thể người và

động vật

❖ Điều chế

Trong công nghiệp người ta đốt cháy cobantin để chuyển các kim loại trong đó thành oxit kim loại còn As và S thoát ra ngoài dưới dạng As

2O3 và SO2 Chế hóa các oxit kim loại với dung dịch HCl để chuyển chúng thành clorua Nâng cao pH của dung dịch clorua và thêm clorua vôi đủ để oxi hóa Co(II)

1.1.2.2. Tính chất lý hóa của Coban

Coban là nguyên tố chuyển tiếp (còn gọi là nguyên tố vi lượng) nằm ở ô 27 nhóm VIIIB trong Bảng hệ thống tuần hoàn D.I Mendeleev, nguyên tử lượng 58,9332 đvC

Coban có cấu hình electron hóa trị 3d74s2, bán kính nguyên tử 1,25Ao, bán kính ion Coban(II) 0,82Ao

và Coban(III) là 0,64Ao.Coban là kim loại màu xám có ánh kim, có từ tính Nó hóa rắn và rất chịu nóng, bền với không khí và nước, nhưng dễ bị oxi hoá khi nghiền nhỏ ở nhiệt độ đốt đến sáng chói, nó bốc cháy trong không khí

(0C)

Nhiệt độ

sôi (0C)

Độ cứng (thang moxơ)

Nhiệt độ thăng hoa

(0C)

Độ dẫn điện tương đối (Hg=1)

Số oxi hóa đặc trưng của Coban là +2 và +3 trong đó trạng thái oxi hóa (II) là trạng thái bền và đặc trưng đối với Coban, các dẫn xuất của Coban đều có màu riêng biệt

Coban tạo thành các oxit sau: CoO có màu lục xám tan trong axit loãng tạo thành muối tương ứng,Co

2O3 màu đen đều tan trong HCl giải phóng Cl2 và tạo thành CoCl

3.Coban tan trong HCl, H

2SO4 giải phóng khí hidro, dễ tan trong HNO3 loãng giải phóng ra khí NO HNO

3 và H2SO4 đặc đều làm trơ Coban.

Các Coban oxit và Co(OH)

2 đều có tính bazơ, không tan trong nước dễ tan trong axit tạo thành muối tương ứng, tan trong amoniac tạo thành phức amoniacat

Co(OH)

2 + 6 NH3 = [ Co(NH3)6](OH)2

- 9

1.1.2.3. Khả năng tạo phức của Coban

Coban có khả năng tạo phức rất tốt với các phối tử vô cơ và hữu cơ như NH

3, SCN, ADTA, DTPA, axit axetic, triclo axetic, xitric, tactric,… và

độ bền của những phức chất đó tăng lên theo chiều giảm bán kính ion

1.2. Thuốc thử 1-(2-pyridylazo) naphtol ( PAN ) và axeton [5]

1.2.1. Tính chất của thuốc thử PAN

Thuốc thử 1-(2-pyridylazo) naphtol (PAN) có công thức phân tử C

15H11ON3 (M = 249,28đvC)

Công thức cấu tạo

N N

NOH

1- (2-pyridyl) naphtol (PAN)PAN là chất bột màu đỏ, không tan trong nước, tan trong rượu,

max = 460-520nm.

-

Bảng 1.1 Vùng tồn tại các đặc trưng quang học của PAN

Dạng tồn

tại

max (nm)  104H

362

1,821,51

1.2.2. Khả năng tạo phức của thuốc thử PAN

Thuốc thử PAN là chất chỉ thị kim loại dùng trong chuẩn độ complexon Nó là thuốc thử để xác định trắc quang Cu(II), Ni, In, Mn,

Zn, các nguyên tố đất hiếm và trong đó có Coban

Thuốc thử PAN có khả năng tạo phức chelate màu với nhiều ion kim lọai:

- Với ion Pd2+ và Co2+ tạo phức màu xanh, với các ion khác cho phức màu đỏ

- Với Bi3+ : dung dịch HNO

3, pH =1-3, chất chỉ thị đổi màu từ hồng sang vàng lục

- Với Cu2+ : pH = 3-5, đệm axetat cần đun đến 70-800C, chất chỉ thị đổi màu

+ mH+ Hoặc

Men++ mR- «

MeRm(n-m)+

Phản ứng tạo phức của PAN được khảo sát kỹ với hơn 40 nguyên tố

và trong nhiều dung môi khác Phổ hấp thụ của phức MeR

m(n-m)+

chuyển từ vùng sóng ngắn đến vùng sóng dài (530-678nm) Phức chất có

độ nhạy cao  = (1-9).104, tương đối bền, phụ thuộc vào bản chất kim

loại, dung môi, thành phần của phức Men+ - PAN = 1:1 hay 1:2

1.2.3. Axeton [7]

Axeton là chất lỏng không màu, t0

S = 56

0

C, tan vô hạn trong nước

và có khả năng hòa tan tốt nhiều chất hữa cơ khác nhau ( kể cả xenlulonitrat ) nên được dùng làm dung môi

1.3. Axit axetic

Một số tính chất của axit axetic được ghi ở bảng 1.2 dưới đây

Bảng 1.2 Tính chất của axit axetic

mà tỷ lệ thành phần của chúng trong phức (Me-PAN-HX) là khác nhau

1.4. Các phương pháp trắc quang xác định thành phần của phức [3]

Có rất nhiều phương pháp để xác định thành phần của phức trong dung dịch nhưng chúng tôi chỉ dùng một số phương pháp tiêu biểu sau đây:

1.4.1. Phương pháp tỉ số mol (phương pháp bão hòa )

Phương pháp này dựa trên sự xây dựng đồ thị phụ thuộc của mật độ

quang A vào nồng độ một trong hai cấu tử khi nồng độ của cấu tử kia

không đổi Nếu phức bền thì đồ thị thu được là 2 đường thẳng cắt nhau tỉ

số nồng độ C

M/CR hoặc CR/CM, tại điểm cắt chính là hệ số tỷ lượng của các cấu tử tham gia phản ứng Trong trường hợp phức tạo thành tương đối kém bền ta sẽ thu được một đường cong – điểm cắt (ứng với tỷ

số mol) của hai đường tiếp tuyến với hai phần đường cong của đồ thị

Ví dụ: C

M = const, CR tăng dần thì đồ thị có dạng:

Cơ sở của phương pháp là dựa vào việc xác định tỷ số nồng độ của các chất phản ứng với hiệu suất cực đại của phức vào thành phần dung dịch được đặc trưng bằng một điểm cực đại Điểm này tương ứng với nồng độ cực đại của phức.

Pha các dung dịch M, R có nồng độ phân tử gam như nhau nhưng cố định thể tích của dung dịch: V

M + VR = const và thay đổi thể tích từng cấu tử M, R

Sau đó xây dựng đồ thị sự phụ thuộc mật độ quang vào tỷ lệ thể tích

(nồng độ) các cấu tử: A = f(V

M/VR) hay A = f(VM/VM+VR).

Đồ thị có dạng

A

Với phức:mM + nR « M

mRnTại điểm cực đại X

max ứng với hệ số tỷ lượng các cấu tử trong phức

Nếu cực đại xác định trên đường cong không rõ thì phải xác định vị

trí này bằng cách ngoại suy kéo dài các cạnh tương ứng đến gặp nhau và

giao điểm này có hoành độ X

max.

1.4.3. Phương pháp Staric – Bacbanen

Dùng phương trình tổng đại số các hệ số tỷ lượng của phản ứng,

phương trình này đặc trưng cho thành phần của hỗn hợp cân bằng tại

điểm có hiệu suất cực đại

Phương pháp này cho phép xác định thành phần các phức chất tạo

được theo bất kì hệ số tỷ lượng nào Đối với phản ứng tạo phức:

mRnKhi nồng độ C

M = const và biến thiên CR thì nồng độ phức tạo thành được xác định:

C R

Pgh

) hay 

Từ đỉnh điểm của đồ thị, ta lập phương trình tính m, n:

C



(3)

C R

Xây dựng đồ thị với hệ trục tọa độ:

C

C



 f(C K

/

C Kgh

) hay 



 max



 max

C R

Nếu đồ thị không có cực đại thì m = n = 1

   n [M ] [HR] n

⇒ n

 

[M ]  [H

 ]n

(2)

Lấy logarit hai vế của (2): lg[MR

n]/[M] = lgKP + npH + n.lg[HR] (3)

Vì nồng độ của phức tỷ lệ thuận với mật độ quang A của phức

đường cong bão hòa để xác định A

gh giống như phương pháp tỷ

(4)

Ở nhiệt độ xác định và pH không đổi, đặt lgK

P + npH = a = const

vào lgC

HR



gh  i

1.5. Các phương pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử gam của phức

1.5.1. Phương pháp Cama xác định hệ số hấp thụ phân tử gam của

Gọi 

HR , MR lần lượt là hệ số hấp thụ phân tử  của thuốc

thử HR, MR

qĐối với thí nghiệm thứ I, theo định luật tác dụng khối lượng, ta

⇒ x  ( q )q (C

 x ) (q1) (2)

[M ]

[HR] q

[q(

C i

−x )] q (C

 k

i C

thay vào (3) tìm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Thị Biên (2001), Nghiên cứu sự tạo phức giữa Co(II) với thuốc thử 1(2- Pyridylazo)-Naphtol (PAN) trong dung môi nước-axeton, Khóa luận tốt

nghiệp trường ĐH khoa học tự nhiên

2. Trương Bách Chiến (2001), Nghiên cứu sự tạo phức của nguyên tố đất hiếm (Ho) với 4-(2-Pyridylazo)-Rezoxin (PAR) và các dẫn xuất Clo của axit axetic bằng phương pháp trắc quang, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Huế.

3. Hồ Viết Quý, Nguyễn Tinh Dung (1991), Các phương pháp phân tích

lý – hóa,

ĐHSP Hà Nội

4. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang, NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội

5. Lê Văn Hùng (2005), Nghiên cứu sự tạo phức đa – ligan trong hệ

Ho(III)- 1-(2- Pyridylazo)-2-Naphtol (PAN)-SCN 2- bằng phương pháp trắc quang, Khóa luận tốt nghiệp trường ĐH Huế.

6. Trần Thị Hương Lê (2002-2006), Nghiên cứu sự tạo phức đa phối tử

Giữa Ho(III) với Xilen da cam và SCN - bằng phương pháp trắc quang, khóa

luận tốt nghiệp khoa hóa học trường đại học Huế

7. Lê Thị Bích Ngọc (2003), Nghiên cứu sự tạo phức giữa Ho(III) với thuốc thử 1-(2- Pyridylazo)-2-Naphtol (PAN) trong môi trường nước-Axeton, Luận văn

thạc sĩ hóa học, khoa Hóa học, trường đại học Huế

8.Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ (tập 3), NXB Giáo dục.

9. Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong hóa học, NXB

Đại học Quốc gia Hà Nội

10. Lâm Minh Sơn (2008), Nghiên cứu sự tạo phức của Cu(II) với thuốc thử 1-(2- Pyridylazo)-Naphtol (PAN) bằng phương pháp trắc quang, Khóa luận tốt

nghiệp Trường ĐH Đồng Tháp