nghiên cứu sự tạo phức giữa bi với xilen da cam (xo) bằng phương pháp trắc quang

1 Khoa công nghệ hóa học Môn: Cơ sở lí thuyết các hợp chất phức  ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC GIỮA Bi VỚI XILEN DA CAM (XO) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG GVHD : Nguyễn Quốc Thắng Mã lớp HP: 210420801 SVTT: Hoàng Thị Thu Thảo MSSV: 12031041 2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bài tiểu luận này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học công nghiệp thành phố hồ chí minh đã luôn quan tâm tạo điều kiện cơ sở vật chất, cũng như công tác đào tạ giảng dạy để em có điều kiện học tập tốt. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Công nghệ hóa đã tạo cơ hội và điều kiện để em có cơ hội học tập tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích. Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Thắng đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành bài tiểu luận này. Thông qua nghiên cứu, tìm hiểu và làm bài tiểu luận đã giúp em hiểu thêm nhiều kiến thức mới về ứng dụng của việc tạo phức giữa thuốc thử hữu cơ và kim loại trong phân tích. Mặc dù đã cố gắng hết sức hoàn thành bài tiểu luận theo hướng hoàn chỉnh nhất nhưng vì còn chưa có kiến thức chuyên môn sâu rộng cũng như tầm nhìn còn hạn chế nên bài tiểu luận của em sẽ không tránh khỏi những thiếu xót, vì vậy rất mong nhận được sự cảm thông và ý kiến đóng góp của thầy, các bạn và những người quan tâm. Em xin chân thành cảm ơn! 3 MỤC LỤC MỞ Đ ẦU 5 1. Lí do chọn đề t à i 5 2. Nhiệm vụ 6 3. đối tượng nghiên cứu 6 4. Phương pháp nghiên cứu 6 PHẦN 1 GIỚI THIỆU VỀ BIMUT VÀ XILEN DA CAM 1.1. Sơ lược về nguyên tố Bitmut 7 1.1.1. Vị trí cấu tạo và trạng thái tự nhiên của Bitmut…… 7 1.1.2. Tính chất của Bitmut ……… 7 1.1.3. Khả năng tạo phức và một số phương pháp xác định Bitmut … 10 1.1.4. Một số ứng dụng của Bitmut……. 14 1.2. Thuốc thử Xilen da cam (XO) và ứng dụng ……. 15 1.2.1. Tính chất của Xilen da cam (XO) 15 1.2.2. Khả năng tạo phức của XO 16 1.2.3. Ứng dụng của XO 16 4 PHẦN 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Các phương pháp nghiên cứu phức chất ……… 18 2.2. Kĩ thuật thực nghiệm 23 2.2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 23 2.2.2. Hóa chất 23 2.2.3. Cách tiến hành thí nghiệm 23 PHẦN 3 SỰ TẠO PHỨC GIỮA BI(III) VÀ XILEN DA CAM 3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức giữa Bi(III) - XO 25 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Bi(III) - XO vào thời gian 26 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Bi(III) - XO vào pH 27 3.4. Xác định thành phần của phức Bi(III)- XO 28 3.4.1. Phương pháp tỉ số mol 28 3.4.2. Phương pháp hệ đồng phân tử gam 28 3.4.3. Phương pháp hiệu suất tương đối ( Staric- Barbane l ) 30 3.5. Phương trình đường chuẩn của phức B i (III)-XO 32 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………… 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 35 5 Mở đầu 1. Lí do chọn đề tài Bitmut là nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên (chiếm 2.10 -6 % các nguyên tố trong vỏ trái đất). Ngày nay, Bitmut được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: y học, mỹ phẫm, sản xuất gang thép, gốm sứ, dùng làm chất xúc tác, dùng trong các que hàn, … đ ặc biệt trong những năm đầu thập niên 90, các nghiên cứu đã đánh giá Bitmut có thể thay thế được chì trong nhiều ứng dụng vì tính không độc hại của nó. đ ây chính là phát hiện quan trọng vừa đáp ứng được nhu cầu của con người vừa hạn chế gây ô nhiễm môi trường do những tác hại của chì gây ra. Chính vì thế mà vai trò của nó ngày càng được nâng cao. Bên cạnh đó Bitmut là nguyên tố có chu kì bán rã rất dài. Theo phân rã alpha của Bi 209 là 1,9.10 19 năm, điều này có nghĩa là bitmut là một chất phóng xạ rất chậm, với chu kỳ bán rã gấp cả hàng tỷ lần tuổi vũ trụ. Do chu kỳ bán rã quá lớn, Bitmut có thể coi là ổn định và không phóng xạ. Bitmut cũng là chất tương đối bền về mặt hóa học nên càng ngày phạm vi ứng dụng của Bitmut càng được mở rộng. Chính vì thế mà Bitmut là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu với nhiều lĩnh vực và mục đích khác nhau. Nghiên cứu phức chất của Bitmut với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang là một trong những phương pháp cho phép xác định Bitmut với độ nhạy, độ chính xác và độ chọn lọc cao, thực hiện được nhanh, thuận lợi, thiết bị đơn giản và dễ tự động hóa. Cùng với Bitmut thì Xilen da cam được đánh giá là thuốc thử phổ biến dùng để xác định kim loại. đ i ều đáng quan tâm là hai chất này có thể tạo phức màu đỏ bền và đã được ứng dụng dùng để xác định Bitmut với độ chính xác cao. 2. Nhiệm v ụ - Nghiên cứu sự tạo phức giữa Bi(III)- XO, xác định điều kiện tạo phức tối ưu cho việc hình thành phức. - Xác định thành phần của phức trong hệ Bi(III)- XO. - Xác định phương trình đường chuẩn và hệ số hấp thụ phân tử gam của phức Bi(III)- XO. 3. Đối tượng nghiên cứu: phức Bi(III)- XO 4. Phương pháp nghiên c ứ u - Nghiên cứu giáo trình - Tự nghiên cứu PHẦN 1 GIỚI THIỆU VỀ BIMUT VÀ XILEN DA CAM 1.1. Sơ lược về nguyên tố Bitmut 1.1.1. Vị trí cấu tạo và trạng thái tự nhiên của Bitmut Bitmut là kim loại thuộc nhóm VA, chu kì 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn Kí hiệu: Bi Z =83 Phân loại kim loại yếu Khối lượng nguyên tử 208,98040 đ.v.C Bán kính nguyên tử (calc.) 160 pm Bán kính cộng hoá trị 146 pm Cấu hình electron [Xe]4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 3 e - trên mức năng lượng 2, 8, 18, 32, 18, 5 Năng lượng ion hóa: Mức năng lượng ion hóa I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 Năng lượng ion hoá (eV) 8,0 16,6 25,4 45,1 55,7 So với I 1 , I 2 , I 3 , thì I 4 , I 5 có giá trị rất lớn nên dễ dàng bức 3e ra khỏi nguyên tử, do đó Bitmut tồn tại ở dạng số oxi hóa +3. Trạng thái tự nhiên: Bitmut có tương đối phổ biến trong thiên nhiên, chiếm 2.10 -6 % trong tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Nó tồn tại chủ yếu dưới dạng khoáng vật sunfua (Bi 2 S 3 ). Ngoài ra nó thường nằm lẫn trong khoáng vật với các kim loại khác. 1.1.2. Tính chất của Bitmut - Tính chất vật lý Bitmut giòn, dễ chảy, kết tinh màu trắng ánh hồng và các vết xỉn óng ánh nhiều màu. Trong số các kim loại nặng, bitmut là bất thường do độ độc tính của nó thấp hơn nhiều so với của các nguyên tố kề cận trong bảng tuần hoàn như Chì, Tali và Antimon. Thông thường, nó cũng được coi là nguyên tố có đồng vị ổn định nặng nhất, nhưng hiện nay người ta đã biết rằng điều này không hoàn toàn đúng. Không có kim loại nào là nghịch từ tự nhiên nhiều hơn Bitmut. Trong số các kim loại, nó có độ dẫn nhiệt kém, chỉ hơn thủy ngân. Phân tử ở dạng hơi của Bitmut gồm 4 nguyên tử. Ở 2000 0 C, trong phân tử Bitmut có cân bằng: Bi 4 2Bi 2 4B i Khi nhiệt độ lớn hơn 2000 o C chỉ có phân tử 1 nguyên tử. Một số thông tin về Bi: Tính ch ấ t vật l ý Trạng thái vật chất rắn Bề ngoài trắng ánh hồng Cấu trúc tinh thể hình hộp mặt thoi Khối lượng riêng, đ ộ cứng 9.780 kg/m³, 2,25 đ i ểm nóng chảy 544,7 K (520,7 °F ) đ i ểm sôi 1.837 K (2.847 °F) Trạng thái trật tự từ nghịch từ Thể tích phân tử 21,31 × 10 -6 m³/mol Nhiệt bay hơi 151 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 11,3 kJ/mol Áp suất hơi 100.000 Pa tại 1.835 K Vận tốc âm thanh 1.790 m/s tại r.t K Nnnn đ ộ âm điện 2,02 ( thang Pauling ) Nhiệt dung riêng 25,52 J / (kg · K) đ ộ dẫn điện 7,752x10 5 / Ω · m đ ộ dẫn nhiệt 7,97 W / (m · K) - Tính chất hóa học Bitmut là nguyên tố bền cuối cùng trong bảng hệ thống tuần hoàn. Với các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác, Bitmut tương tác tạo nên Bitmutua, bị axit phân hủy dễ dàng: Bi + Mg → Mg 3 B i 2 Với các kim loại còn lại chúng tạo nên hợp kim Bi không tan trong HCl, nhưng tan trong HNO 3 , H 2 SO 4 loãng, bị thụ động trong HNO 3 đặc: Bi + HNO 3 → Bi(NO 3 ) 3 + NO + H 2 O 2Bi + 6H 2 SO 4 → Bi 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O Tác dụng với halogen: 2Bi + 5F 2 → 2B i F 5 2Bi + 3E 2 → 2BiE 3 Với E: Cl, Br, I Tác dụng với oxi: Bitmut cháy với ngọn lửa màu xanh lam và oxit của nó tạo ra khói màu vàng. Tác dụng với cường thủy: 4Bi + 3O 2 → 2Bi 2 O 3 Bi + 3HCl (đ) + HNO 3(đ) → BiCl 3 + NO + 2H 2 O 1.1.3. Khả năng tạo phức và một số phương pháp xác định Bitmut 1.1.3.1. Khả năng tạo phức của Bitmut với thuốc thử PAR Theo các tài liệu mà chúng tôi thống kê, các thông số về phức Bi(III)- PAR được trình bày trong bảng sau: [...]... năng tạo phức của Bimut với các thuốc thử khác Bitmut có khả năng tạo phức màu với nhiều thuốc thử khác nhau Theo đặng Xuân Thư, Lisicki N.M và các cộng sự, Bimut có khả năng tạo phức màu da cam với iotdua ở max = 460 nm ,trong môi trường H2SO4 0,5M Zhang G với các cộng sự đã sử dụng phản ứng màu với iotdua và phản ứng tạo phức liên hợp giữa ion Bi3 + - I- với các phẩm nhuộm chứa Nitơ hay Bi3 + - I- Rodamine-... năng tạo phức với nhóm hợp chất triphenyl metan Bitmut tạo phức màu đỏ vàng với 3, 3’-dibromsunfogalein ở pH = 2 ÷ 3, tạo phức màu vàng xanh với metylen (3, 3’- bis-“(N, N- dicacboxymety aminometyl)timosunfophtalein, phức màu vàng da cam với pyragalol đỏ, phức màu vàng với pyrocatein tím trong HNO3 ở pH = 1 ÷ 3, phức màu hồng với oxihidroquinonsunfophtalein ở pH = 2,4 ÷ 3,0 Khả năng tạo phức của Bitmut... rõ trong các phản ứng màu PHẦN 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các phương pháp nghiên cứu phức chất 2.1.1 Các phương pháp trắc quang xác định thành phần của phức 2.1.1.1 Phương pháp tỉ số mol - Nguyên tắc: bản chất của phương pháp là thiết lập sự phụ thuộc A vào nồng độ của một thành phần nào đó trong khi nồng độ thành phần kia cố định - Cách tiến hành: Với phản ứng tạo phức: m M n+ + nR M m- R m n + Chuẩn... đều được xử lý bằng thống kê toán học Tính toán xử lý số liệu, đồ thị được bi u diễn trên phần mềm Excel PHẦN 3: SỰ TẠO PHỨC GIỮA BI (III) VÀ XILEN DA CAM 3.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức giữa Bi( III)- XO Chuẩn bị các dung dịch phức Bi( III)-XO với nồng độ Bi( III) là 2.10-4 M, nồng độ XO là 4.10-5 M điều chỉnh pH = 1; Dung dịch XO có cùng nồng độ và điều kiện như trên Tiến hành đo mật độ quang của 2 dung... mạnh cho phép xác định chọn lọc Bitmut khi có mặt các cation khác bằng phương pháp trắc quang, chiếc trắc quang hay chuẩn độ trắc quang Có thể chia các thuốc thử hữu cơ tạo phản ứng màu với Bitmut thành 3 loại: * Khả năng tạo phức với nhóm hợp chất màu azo Subrahmnyam, Eshwar, đã nghiên cứu khả năng tạo phức giữa Bi( III) với 1- (2pyridylazo)- 2 Napthol (PAN) theo tỉ lệ 1 : 1 trong môi trường HNO3 pH =... indophenol complexan (DCPIP) các phức màu tím ở pH = 3,3 Bitmut tạo phức với metyl thymol xanh (MTB) tại max = 548 nm, cho phép định lượng Bitmut trong các mẫu dược phẩm với giới hạn phát hiện 1,15 mg/l bằng phương pháp trắc quang – dòng chảy đặc bi t theo Zhu Z.C, Wang Y.C, Huang J.H , Bitmut tạo phức với Nitrozo- R và tím tinh thể (CV) dưới dạng CV3RCV3BiR2 ở pH = 9,8, duy trì bằng đệm amoni- ammoniac được... 1.2 p H Hình 3.3 đồ thị bi u diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào pH 3.4 Xác định thành phần của phức Bi( III)- XO 3.4.1 Phương pháp tỉ số mol Chuẩn bị dãy dung dịch phức Bi( III)- XO với nồng độ Bi( III) 2.10-5 M, thay đổi nồng độ XO với dung dịch ban đầu có nồng độ là 10-3 M đo mật độ quang ở điều kiện tối ưu đã khảo sát Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc mật độ quang vào tỉ số CXO/CBi(III) được trình bày... cộng sự, Bimut tạo phức vơi thioure trong môi trường axit phức màu vàng có tỉ lệ 1 : 3 ở max = 460 nm, việc xác định Bimut bằng thioure không bị cản trở khi có mặt Pb đến 1%, Zn, Cd, Co, Ni, Cu, As, và Sn đến 0,1% Bitmut tạo được nhiều phức vòng càng với các thuốc thử hữu cơ, nhất là khả năng tạo phức trong môi trường axit mạnh cho phép xác định chọn lọc Bitmut khi có mặt các cation khác bằng phương pháp. .. 3,0 Khả năng tạo phức của Bitmut với các hợp chất phtalein cũng đã được nghiên cứu Bitmut tạo phức màu xanh với Gallein (4, 5- dioifluoretxein) hay màu đỏ vàng với 2, 7- dioxifluoretxein trong môi trường axit có pH = 1 ÷ 4 * Khả năng tạo phức với nhóm các thuốc thử chứa 1, 2 hoặc 3 vòng benzen Bitmut tạo với Indoferon, với Dibromphenol indophenolcomplexan (DBPIP), với Biclophenol indo-o-cresolcoplexan... định, thêm tiếp một lượng chính xác HNO3 để ổn định pH, tiếp theo thêm một thể tích chính xác Bi( III), đinh mức bằng HNO3 loãng Dung dịch phức được đem đo mật độ quang với dung dịch so sánh là nước cất Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu sự hình thành phức Bi( III)- XO - Sau khi chuẩn bị xong các dung dịch nghiên cứu, tiến hành xác định các điều kiện tối ưu: λmax, khoảng pH tối ưu, thời gian tối ưu, … - . công nghệ hóa học Môn: Cơ sở lí thuyết các hợp chất phức  ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC GIỮA Bi VỚI XILEN DA CAM (XO) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG GVHD : Nguyễn Quốc Thắng Mã lớp HP: 210420801 SVTT:. bị nghiên cứu 23 2.2.2. Hóa chất 23 2.2.3. Cách tiến hành thí nghiệm 23 PHẦN 3 SỰ TẠO PHỨC GIỮA BI( III) VÀ XILEN DA CAM 3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức giữa Bi( III) - XO 25 3.2. Sự. trình nghiên cứu với nhiều lĩnh vực và mục đích khác nhau. Nghiên cứu phức chất của Bitmut với thuốc thử hữu cơ bằng phương pháp trắc quang là một trong những phương pháp cho phép xác định Bitmut