Đang tải... (xem toàn văn)
I Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 1 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 Chương 1 TỔNG QUAN 1 1 Giới thiệu về nguyên tố Ni, Cu, Zn 1 1 1 Tính chất vật lý và hoá học 1 1 1 1 Nguyên tô[.]
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 Chương - TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên tố Ni, Cu, Zn 1.1.1 Tính chất vật lý hố học 1.1.1.1 Ngun tớ niken [10,15] - Tính chất vật lí Niken kim loại thuộc nhóm VIIIB bảng tuần hoàn Bảng 1.1 Một số đặc điểm ngun tố niken Số thứ tự Cấu hình electron hóa trị Bán kính nguyên tử, Ao 28 3d84s2 1,24 Trạng thái oxi hóa đặc trưng Niken +2 +3 Niken kim loại có ánh kim, có màu trắng bạc Trong thiên nhiên có đồng vị bền: 58Ni (67,7%); 60Ni; 61Ni; 62Ni ; 64Ni Niken dễ rèn dễ dát mỏng Dưới số số vật lí Niken Bảng 1.2 Một số số vật lí quan trọng niken Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt thăng nóng chảy, sơi, oC hoa, kJ/mol o Tỉ khối C 1453 Độ cứng Độ dẫn điện (thang (Hg = 1) Moxơ) 3185 424 8,90 14 Niken có dạng thù hình: Ni lục phương bền < 250oC Ni lập phương tâm diện bền > 250oC Khác với hầu hết kim loại, Ni có tính từ, bị nam châm hút tác dụng dòng điện trở thành nam châm từ Tên gọi Niken lấy tên từ khoáng vật Kupfernickel, kupfer có nghĩa đồng nickel tên quỷ lùn Nick truyền thuyết người thợ mỏ - Tính chất hóa học: Niken kim loại có tính hoạt động trung bình, khả phản ứng sắt coban Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 Ở điều kiện thường khơng có ẩm, khơng tác dụng rõ rệt với ngun tố khơng kim loại điển O 2, S, Cl2, Br2 có màng oxit bảo vệ Nhưng đun nóng, phản ứng xảy mãnh liệt Ni trạng thái chia nhỏ (do trạng thái Ni có tính chất tự chảy) 2Ni + O2 2NiO Ni + S NiS Ni không phản ứng với nước, bền với kiềm trạng thái dung dịch nóng chảy oxit niken khơng thể tính lưỡng tính Ni tan dung dịch axit giải phóng khí H2 tạo muối Ni2+ - Trạng thái thiên nhiên Trong vỏ trái đất niken chiếm khoảng 0,03% trọng lượng Những khoáng vật quan trọng niken nikenlin (NiAs), milerit (NiS), penladit ((Fe,Ni) 9S8) Khoáng vật niken thường lẫn với khoáng vật đồng, sắt kẽm 1.1.1.2 Nguyên tố đồng [10,15] - Tính chất vật lí Đồng kim loại thuộc nhóm IB bảng tuần hồn Bảng 1.3 Một số đặc điểm nguyên tố đồng Số thứ tự Cấu hình electron hóa trị Bán kính ngun tử, Ao 29 3d104s1 1,28 Trạng thái oxi hóa đặc trưng đồng +1 +2 Đồng kim loại nặng, mềm, có ánh kim, có màu đỏ Trong thiên nhiên có đồng vị bền: 63Cu (70,13%); 65Cu (29,87%) Dưới số số vật lí đồng Bảng 1.4 Một số số vật lí quan trọng đờng Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt thăng nóng chảy, sôi, oC hoa, kJ/mol o 1083 Tỉ khối C Độ cứng Độ dẫn điện (thang (Hg = 1) Moxơ) 2543 339,6 8,94 3 57 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 - Tính chất hóa học: Về mặt hóa học đồng kim loại hoạt động Ở nhiệt độ thường khơng khí, đồng bị bao phủ màng màu đỏ bao gồm đồng kim loại đồng (I) oxit Oxit tạo nên phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu Cu2O + H2O Nếu khơng khí có mặt CO2, đồng bị bao phủ dần lớp màu lục gồm cacbonat bazơ có công thức là Cu(OH)2CO3 Khi đun nóng khơng khí nhiệt độ 130oC, đồng tạo nên bề mặt màng Cu 2O, 200oC tạo nên lớp gồm hỗn hợp oxit Cu2O CuO, nhiệt độ nóng đỏ đồng cháy tạo nên CuO cho lửa màu lục Ở nhiệt độ thường Cu không tác dụng với flo màng CuF tạo nên bền bảo vệ đồng Khi đun nóng, Cu tác dụng với Cl2, S, C, P… Khi có mặt oxi khơng khí, đồng tan dung dịch HCl; NH đặc dung dịch xianua kim loại kiềm - Trạng thái thiên nhiên: Đồng nguyên tố tương đối phổ biến, trữ lượng vỏ trái đất 0,003% Cu tồn dạng tự Những khống vật đồng là: cancosin (Cu 2S), cuprit (Cu2O), covelin (CuS), cacopirit (CuFeS2) malachite (CuCO3.Cu(OH)2) 1.1.1.3 Nguyên tố kẽm [10,15] - Tính chất vật lí Kẽm kim loại thuộc nhóm IIB bảng tuần hoàn Bảng 1.5 Một số đặc điểm nguyên tố kẽm Số thứ tự Cấu hình electron hóa trị Bán kính nguyên tử, Ao 30 3d104s2 1,39 Trạng thái oxi hóa đặc trưng kẽm +2 Kẽm kim loại màu trắng bạc Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 Trong thiên nhiên có đồng vị bền 64Zn chiếm 50,9% Kẽm mềm, dễ nóng chảy Dưới số số vật lí kẽm Bảng 1.6 Một số số vật lí quan trọng kẽm Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sôi, chảy, oC o 419,5 Nhiệt thăng hoa, C kJ/mol 906 140 Tỉ khối Độ dẫn điện (Hg = 1) 7,13 16 - Tính chất hóa học: Kẽm nguyên tố tương đối hoạt động Trong không khí ẩm, kẽm bền nhiệt độ thường có màng oxit bảo vệ Nhưng nhiệt độ cao, kẽm cháy mãnh liệt tạo thành lửa màu lam sáng chói Kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh nguyên tố không kim loại khác photpho, selen… Ở nhiệt độ thường, Zn bền với nước có màng oxit bảo vệ, nhiệt độ cao khử nước thành oxit: Zn + H2O ZnO + H2 Có điện cực âm, kẽm dễ dàng tác dụng với axit chất oxi hóa giải phóng khí hiđro Kẽm tan dung dịch kiềm giải phóng hiđro giống nhôm: Zn + 2H2O + 2OH- [Zn(OH)4]2- + H2 - Trạng thái thiên nhiên: Kẽm nguyên tố tương đối phổ biến, chiếm khoảng 0,0015 % tổng số nguyên tử vỏ trái đất Những khoáng vật kẽm sphalerit (ZnS), calamine (ZnCO 3) Kẽm cịn có lượng đáng kể thể người động vật 1.1.2 Ứng dụng Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 1.1.2.1 Nguyên tố niken Niken có nhiều tính đặc biệt Niken cứng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống Niken có nhiệt độ chảy cao, vì vậy được dùng rộng rãi kỹ thuật nhiệt độ cao Độ bền chống ăn mòn và độ bền của Niken cao các kim loại màu khác Niken tạo thành hợp kim với nhiều tính chất quý: bền, dẻo, chịu axit, chịu nóng, điện trở cao Niken được sử dụng nhiều ngành công nghiệp: chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt và thực phẩm Thép không rỉ thường chứa – 12% Ni dùng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật liệu vô cùng quan trọng Hợp kim này dùng để chế tạo cánh động phản lực, ống chịu nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuyếc bin khí Hợp kim nicrôm chứa 75 – 85%Ni, 10 – 20% Cr và sắt được dùng làm dây nung Hợp kim này có điện trở cao và không bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao Hợp kim pecmaloi là hợp kim niken với sắt có độ thẩm từ lớn, được dùng kỹ thuật điện Niken còn được dùng để bảo vệ các kim loại màu khác khỏi bị ăn mòn bằng cách mạ Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo acquy kiềm có dung lượng cao và bền vững Ngoài niken còn được dùng làm chất xúc tác thay cho platin 1.1.2.2 Nguyên tố đồng Đồng là một số kim loại quan trọng bậc nhất của công nghiệp Nó có nhiều tính ưu việt: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ít bị ôxi hoá, có độ bền cao và độ chống ăn mòn tốt Đồng có khả tạo nhiều hợp kim với các kim loại màu khác cho nhiều tính chất đa dạng Những hợp kim quan trọng đồng là: Bronzơ dùng từ xa xưa để đúc trống, chuông, súng đại bác, tượng Ngày bronzơ khác bronzơ nhôm dùng để chế tạo chi tiết động máy bay, bronzơ chì dùng để chế tạo chế ổ trục đầu máy nước, động máy bay, động tàu thủy tuabin thủy lực, bronzơ berili bền đặc biệt có tính đàn hồi cao dùng để chế lò xo cao cấp Đồng được dùng nhiều nhất Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 kỹ thuật điện (chiếm khoảng 50% tổng lượng đồng) Trong lĩnh vực này người ta dùng đồng làm dây và dẫn điện, dùng làm các chi tiết máy điện vô tuyến điện, điện tín, điện thoại v.v Với mục đích này đồng được dùng ở các dạng sạch (trên 99,95%Cu) để bảo đảm độ dẫn điện cao Một phần lớn đồng được dùng để chế tạo đồng thau, đồng và các hợp kim khác dùng chế tạo máy, chế tạo tàu biển, ôtô và nhiều thiết bị khác (25 – 30% tổng lượng đồng) Hợp kim đồng với Niken có tính chống ăn mòn cao và dễ gia công, được dùng để chế tạo máy chính xác, y cụ, hoá tinh vi và dùng để dập tiền kim loại Đồng là vật liệu tốt để chế tạo thiết bị hoá học: thiết bị chân không, thiết bi trao đổi nhiệt, nồi chưng cất v.v Đồng còn được dùng làm chất cho thêm vào thép kết cấu để tăng tính chống ăn mòn và tăng giới hạn chảy cuả thép Ngoài đồng còn được dùng xây dựng Muối đồng dùng để chế tạo sơn, thuốc trừ sâu và thuộc da Đồng có lượng bé thực vật động vật, cần thiết cho trình tổng hợp hemoglobin photpholit Theo kết nghiên cứu nhiều công trình cho thấy Cu có vai trị quan trọng phát triển trồng Cây trồng thiếu Cu thường có tỷ lệ quang hợp bất thường, điều cho thấy Cu có liên quan đến mức phản ứng oxit hoá Trong thiếu chất Cu q trình oxit hố Acid Ascorbic bị chậm, Cu hình thành số lớn chất hữu tổng hợp với Protein, Acid amin số chất khác mà thường gặp nước trái Người ta dùng CuSO4 để chống mốc cho gỗ, dùng nước Boocđô hỗn hợp dung dịch CuSO4 sữa vôi để trừ bọ cho số 1.1.2.3 Nguyên tố kẽm Kẽm dễ dàng tạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác cho các hợp kim có giá trị Ngoài kẽm còn có tính đúc tốt Kẽm được dùng phổ biến nhất để tráng mạ lên sắt ở dạng tấm, ống, dây và các dạng chi tiết khác Sắt được tráng kẽm có khả chống ăn mòn cao điều kiện thường cũng điều kiện khí công nghiệp và không khí vùng biển Hợp kim sở kẽm có pha thêm nhôm, đồng, magiê có độ bền học cao được dùng để chế tạo các chi tiết đầu máy, ổ trục toa xe thay cho đồng và babit Kẽm là cấu tử của hợp kim sở đồng: đồng Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 thau, babit và đồng Riêng để sản xuất đồng thau cần tới 15% tổng lượng kẽm Kẽm được dùng để chế tạo pin Trong luyện kẽm được dùng để làm sạch dung dịch và dùng quá trình thu vàng, bạc từ dung dịch xianua Oxit kẽm là nguyên liệu chính để sản xuất bột màu, sơn, men và dùng sản xuất cao su, vải sơn v.v Clorua kẽm dùng để tẩm gỗ chống mục và tẩy trắng vải Kẽm cịn có lượng đáng kể thực vật động vật Kẽm có enzim cacbahiđrazơ chất xúc tác trình phân hủy hiđroocacbonat máu đảm bảo tốc độ cần thiết q trình hơ hấp trao đổi khí Kẽm cịn có insulin hocmon có vai trị điều chỉnh độ đường máu 1.1.3 Độc tính 1.1.3.1 Nguyên tố niken Nồng độ niken nước uống thường 0,02 mg/l Trong số trường hợp đặc biệt, lượng niken xâm nhiễm từ nguồn thiên nhiên chất cặn lăng nguồn thải công nghiệp vào đất, nồng đọ tăng lên cao Lượng niken vào thể hàng ngày trung bình khoảng 0,1-0,3 mg, ăn số loại thực phẩm đặc biệt lượng niken tăng lên niken gây ung thư phổi, viêm xoàng mũi, phế quản… [13] 1.1.3.2 Nguyên tố đồng Lượng đồng nước uống thường thấp vài μg/l ống nước vật dụng chứa nước có mối hàn đồng làm tăng nồng độ đồng Nồng độ đồng nước uống tăng lên đến nhiều sau thời gian nước đọng ống Đồng nguyên tố bản, lượng đồng đưa vào thể từ thực phẩm vào khoảng 1-3 mg/ngày Các hợp chất đồng có độc tính không cao so với các kim loại nặng khác, muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận niêm mạc Độc muối đồng xuanua Khi hàm lượng đồng thể người 10g/kg thể trọng gây tử vong, liều lượng 60 – 100 mg/kg gây nôn mửa Đồng ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 thiếu hụt dư thừa Đồng thiết yếu cho việc sử dụng sắt (Fe), bệnh thiếu máu thiếu hụt sắt trẻ em kết hợp với thiếu hụt đồng [13] Với cá, hàm lượng đờng 0,002 mg/l có 50% cá thí nghiệm bị chết Với khuẩn lam hàm lượng đồng 0,01 mg/l làm chúng chết Với thực vật hàm lượng đồng 0,1 mg/l gây độc, hàm lượng đồng 0,17 – 0,20 mg/l gây độc cho củ cải đường, cà chua, đại mạch [2] Việc thừa đồng gây biểu ngộ độc mà chúng dẫn tới tình trạng chết Lý việc dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu, khiến cho chất liệu đồng bị cặn lại đất từ năm qua năm khác, bón phân Sulfat Cu gây tác hại tương tự [13] Nồng độ giới hạn cho phép [8]: Với nước uống nước mặt: 0,02 – 1,5 mg/l tuỳ theo tiêu chuẩn nước Nước tới nông nghiệp: 0,2 mg/l riêng với đất thiếu đồng dùng nước chứa tới mg/l để tới thời gian ngắn 1.1.3.3 Kẽm Kẽm nguyên tố vi lượng tìm thấy nhiều loại thực phẩm nước uống hình thức phức chất hữu Các muối kẽm hòa tan độc Khi ngộ độc kẽm cảm thấy miệng có vị kim loại, đau bụng, mạch chậm, co giật Chế độ ăn thường nguồn cung cấp kẽm cho thể Mặc dù lượng kẽm nước ngầm thường không vượt 0,01 - 0,05 mg/l, riêng nước máy có nồng độ kẽm cao nhiều đo hoà tan kẽm từ ống dẫn nước [13] Độc tính của chúng phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và độ cứng của nước [3] - Đối với trồng: Sự dư thừa Zn gây độc trồng Zn tích tụ đất cao Dư thừa Zn gây bệnh diệp lục Sự tích tụ Zn nhiều gây số mối liên hệ đến mức dư lượng Zn thể người góp phần phát triển thêm tích tụ Zn mơi trường mà đặc biệt môi trường đất.[1,7,13] Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thanh Nga – K19 - Đối với người: Zn dinh dưỡng thiết yếu gây chứng bệnh thiếu hụt dư thừa Trong thể người, Zn thường tích tụ chủ yếu gan, phận tích tụ nguyên tố vi lượng thể, khoảng g Zn thận lọc ngày Zn cịn có khả gây ung thư đột biến, gây ngộ độc thần kinh, nhạy cảm, sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm Sự thiếu hụt Zn thể gây triệu chứng bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh gan số triệu chứng khác [1,8] 1.2 Các phương pháp phân tích Hiện có nhiều phương pháp khác để xác định hàm lượng kim loại niken, đồng, kẽm như: phương pháp vi trọng lượng, phương pháp thể tích, phương pháp đo quang, phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp phổ huỳnh quang (AFS), phương pháp phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma (ICP –AES), phương pháp điện hóa, phương pháp sắc kí 1.2.1 Các phương pháp phân tích tổng kim loại 1.2.1.1 Phương pháp phân tích trọng lượng [4,11,30] Phương pháp phân tích trọng lượng phương pháp phân tích định lượng hóa học dựa vào việc cân khối lượng sản phẩm tách phản ứng kết tủa để tìm hàm lượng chất cần phân tích hay cần định lượng Đây phương pháp có phạm vi ứng dụng rộng rãi; xác định nhiều chất, nhiều nguyên tố phương pháp địi hỏi thời gian tiến hành phân tích lâu (vài vài ngày) Nói chung quy trình phân tích thường tiến hành qua giai đoạn: - Xử lí mẫu phân tích, đưa mẫu vào dạng dung dịch - Tạo kết tủa: thực phản ứng tạo kết tủa - Tách kết tủa khỏi dung dịch (gạn, lọc, ly tâm…) - Làm kết tủa - Sấy, nung, cân kết tủa thu 10 ... nghĩa dạng kim loại - Dạng trao đổi: Kim loại dạng liên kết với trầm tích lực hấp phụ yếu hạt Sự thay đổi lực ion nước ảnh hưởng đến khả hấp phụ giải hấp kim loại dẫn đến giải phóng tích lũy kim loại. .. Phương pháp phân tích dạng kim loại Phân tích dạng cụm từ sử dụng lĩnh vực sinh học và trở thành khái niệm hóa phân tích, miêu tả việc phân chia dạng hóa học đặc trưng nguyên tố thành dạng riêng... phép phân tích vết - Các hợp chất phân tích dạng phải tồn ổn định trình thực ghi phép đo 1.2.2.3 Các phương pháp phân tích dạng Hầu hết phương pháp công bố về phân tích dạng tờn tại kim loại