Nghiên cứu sự tạo phức của Co(II) với 4 (2 pyridylazo) rezoxin (par) bằng phương pháp trắc quang

Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Trường đại học sư phạm hà nội Khoa hóa học ******************* Cao thị diệu Nghiên cứu tạo phức co(ii) với 4(2- pyridylazo)- rezoxin (par) phương pháp trắc quang Khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa học phân tích Người hướng dẫn khoa học Ts Trần cơng việt Hà Nội – 2009 K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Lời Cảm ơn Học tập nghiên cứu khoa học nhiệm vụ hàng đầu sinh viên Song đường tìm kiếm khám phá kho tàng tri thức nhân loại cần có giúp đỡ người xung quanh, đặc biệt người thầy Bằng lòng trân trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trần Công Việt- Người hướng dẫn khoa học, tận tình bảo em suốt trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa Học thầy giáo tổ Bộ mơn Hóa phân tích giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa luận Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Cao Thị Diệu K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Lời cam đoan Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tạo phức Co(II) với 4-(2-pyridylazo)-rezoxin (PAR) phương pháp trắc quang” Là cơng trình nghiên cứu riêng Tuy đề tài hoàn toàn kết nghiên cứu đề tài không trùng với kết tác giả khác Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Cao Thị Diệu K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Mục lục trang Mở đầu……………………………………………………… 1 Lý chọn đề tài …………………………………………………… Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài………………… ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài…………………………… Chương 1: tổng quan………………………………… 1.1 Giới thiệu chung nguyên tố coban………………… ……… 1.1.1 Vị trí, cấu tạo tính chất Coban…………………………… 1.1.2 Trạng thái thiên nhiên, vai trò, ứng dụng độc tính Coban… 1.1.3 Tính chất vật lý Coban……………………………………… 1.1.4 Tính chất hoá học Coban…………………………………… 1.1.5 Các phản ứng Coban (II)…………………………………… 1.1.6 Tính chất hố học hợp chất Coban (III)………………… 1.1.7 Các phương pháp xác định Coban……………………………… 1.1.8 Một số phương pháp tách làm giàu Coban…………………… 11 1.1.9 Tính chất khả tạo phức thuốc thử PAR……………… 13 1.2 17 Các bước nghiên cứu phức màu dùng phân tích trắc quang 1.2.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức…………………………………… 17 1.2.2 Nghiên cứu điều kiện tạo phức tối ưu……………………… 18 1.3 Các phương pháp trắc quang dùng để xác định thành phần 20 phức 1.3.1 Phương pháp tỉ số mol (phương pháp đường cong bão hòa)…… K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 21 Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu 1.3.2 Phương pháp hệ đồng phân tử mol (phương pháp biến đổi liên tụcphương pháp Oxtromuxlenko- job)……………………………… 4 C h2 2 C h3 3 3 4 K ho ản 6 K ết T ài 3 6 8 9 3 3 3 4 K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 22 Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Danh mục bảng Trang Bảng 1.1 Các dạng tồn thuốc thử PAR theo pH……………… 13 Bảng 1.2 Hằng số phân li axit thuốc thử PAR…………………… 14 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc mật độ quang vào pH……………………… 29 Bảng 3.2 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thời gian…………… 30 Bảng 3.3a Kết xác định tỉ lệ Co(II): PAR phức 31 2+ phương pháp tỉ số mol với nồng độ Co cố định…………………… Bảng 3.3b Kết xác định tỉ lệ Co(II):PAR phức phương pháp tỉ số mol với nồng độ PAR cố định…………………… 32 Bảng 3.4 Kết xác định tỉ lệ Co(II)- PAR theo phương pháp hệ đông phân tử………………………………………………………… Bảng 3.5 Kết khảo sát nồng độ Co(II) tuân theo định luật Beer… 33 34 2+ Bảng 3.6 % dạng tồn Co theo pH……………………… 36 Bảng 3.7 Các dạng tồn thuốc thử PAR theo pH……………… 39 Bảng 3.8 Kết xác định phức Co(PAR)2 phương pháp Cama………………………………………………………………… K31C-Hóa Học 40 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Danh mục hình H ìn H ìn H ìn H ìn h H ìn H ìn h H ìn H ìn H ìn H ìn h H ìn h H ìn h H ìn h H ìn H ìn T 8 20 2 3 3 3 K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cao Thị Diệu Mở đầu Lí chọn đề tài Coban nguyên tố hoá học thuộc phân nhóm VIIIB bảng tuần hồn ngun tố hố học, có số thứ tự 27 Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học, kỹ thuật, nhu cầu sản xuất loại vật liệu tinh khiết, siêu tinh khiết để ứng dụng vào ngành công nghiệp trở nên cấp bách Ngoài ra, thân nguyên tố vi lượng giữ vai trò quan trọng phát triển động thực vật, việc thừa thiếu nguyên tố vi lượng khơng có lợi cho đời sống hàng ngày Coban nguyên tố vi lượng có tầm quan trọng nhiều ngành khoa học, kỹ thuật, ý nghiên cứu tương đối sâu rộng Ngoài ra, Coban nguyên tố vi lượng tham gia vào q trình chuyển hố tế bào, có vai trò quan trọng thể như: Kích thích tạo máu, kích thích tổng hợp protein cơ, tham gia chuyển hoá gluxit, chuyển hoá số enzim ức chế số enzim khác, đặc biệt Coban tham gia vào trình tạo vitamin B12 Hiện có nhiều phương pháp để xác định Coban Tuy nhiên tuỳ thuộc vào lượng mẫu mà người ta sử dụng phương pháp khác để xác định như: phương pháp phân tích thể tích, phương pháp phân tích trọng lượng, phương pháp phân tích trắc quang, phương pháp điện thế… Nhưng phương pháp phân tích trắc quang phương pháp sử dụng nhiều có ưu điểm như: có độ lặp cao, độ xác độ nhạy đảm bảo yêu cầu phép phân tích, mặt khác phương pháp lại cần sử dụng máy móc, thiết bị không đắt, dễ bảo quản, cho giá thành phân tích rẻ, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm nước ta K31C-Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Thuốc thử 4- (2-pyridylazo) - rezoxin (PAR) thuốc thử có khả tạo phức với nhiều nguyên tố, phức tạo thành thường có màu đậm, thuận lợi cho phép trắc quang để xác định vi lượng nguyên tố Vì phức PAR khơng có ý nghĩa mặt lý thuyết mà có ý nghĩa mặt thực tiễn Hiện cơng trình nghiên cứu tạo phức ion Co với PAR chưa nhiều, chưa mang tính hệ thống, đặc biệt Co(II) với số thuốc thử PAR Xuất phát từ lí tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo phức Co(II) với 4- (2-pyridylazo) – rezoxin (PAR) phương pháp trắc quang” Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài Tiến hành nghiên cứu thực tạo phức Co(II) với thuốc thử PAR xác định thành phần phức, thơng số định lượng phức, từ dùng ứng dụng phân tích nguyên tố đất chuyển tiếp nồng độ chúng nhỏ phương pháp trắc quang ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc xác định thành phần phức để ứng dụng ngành, lĩnh vực cụ thể hướng phức chất Nó giúp ta phát có mặt ion kim loại có phức chúng tồn nồng độ nhỏ Ngày nay, việc sử dụng phương pháp trắc quang phân tích hóa học phổ biến Đề tài nghiên cứu tạo phức Co(II) với thuốc thử PAR cần thiết để xác định Co(II) tiến hành nghiên cứu tương tự với nguyên tố khác Giúp có hội tiếp cận với phương pháp hóa lí đại Chương 1: tổng quan 1.2 Giới thiệu chung nguyên tố coban 1.1.1 Vị trí, cấu tạo tính chất Coban Coban nguyên tố kim loại chuyển tiếp, nằm thứ 27 nhóm VIIIB bảng hệ thống tuần hồn Đ.I.Mendeleev - Kí hiệu: Co - Số thứ tự: 27 - Khối lượng nguyên tử: 58,9332 - Cấu hình electron: [Ar]3d 4s - Bán kính nguyên tử (Å): 1,25 2+ 0,82 3+ 0,64 - Bán kính ion Co (Å): - Bán kính ion Co (Å): - Độ âm điện Pauling: 1,88 - Thế điện cực tiêu chuẩn (V): E o Co 2 Co o = - 0,28; ECo 3 Co 2 = 1,81 - Năng lượng ion hoá: Theo bảng sau: M ứ N ă 1.1.2 Trạng thái thiên nhiên, vai trò, ứng dụng độc tính Coban 1.1.2.1 Trạng thái thiên nhiên Coban ngun tố tản mạn, khơng có quặng riêng, thường lẫn với chất khác Cobantin (CoAsS) chứa 35,4% Coban, smatit (CoAs2) Hàm lượng Coban vỏ trái đất chiếm khoảng 0,0037% Trong đất trồng hàm lượng Coban chiếm khoảng 5mg/kg, nước tự nhiên thường ít, nhìn chung nhỏ 10mg/l Trong phương pháp tơi tiến hành dãy thí nghiệm với tổng nồng độ -5 Co(II) PAR 6.10 M, kết đo mật độ quang điều kiện tối ưu trình bày bảng 3.4 hình 3.5 Bảng 3.4 Kết xác định tỉ lệ Co(II)- PAR theo phương pháp hệ đông phân tử , , Co C 01 51 (II) , , P A Ä0,0 0,5 A2 i C 4, 2, 0, 3 2 1 , , , , , , 52 03 53 04 54 05 , , , , , , 0,5 0,0 0,5 0,0 0,5 0, 6 7 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ Co(II):PAR theo phương pháp hệ đồng phân tử Từ hình 3.5 ta có tỉ lệ Co(II):PAR=1:2 Như hai phương pháp xác định thành phần độc lập cho tỉ lệ Vậy thành phần phức Co(II):PAR=1:2 3.5 Khoảng nồng độ phức Co(II)- PAR tuân theo định luật Beer Sau xác định thành phần phức Co(II)- (PAR)2, tiến hành nghiên cứu khoảng nồng độ phức tuân theo định luật Beer cách khảo sát dãy thí nghiệm với nồng độ Co(II) biến thiên (ở điều kiện tạo phức tối ưu), kết trình bày bảng 3.5 hình 3.6 Bảng 3.5 Kết khảo sát nồng độ Co(II) tuân theo định luật Beer C o ( I IC , , , , , , , , , , 1 , , , , , , , , P 0 0 0 0 A Ä0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, A20 39 60 12 34 43 62 98 76 8 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn khoảng nồng độ Co(II) tuân theo định luật Beer -5 Từ kết đồ thị ta thấy: Khi nồng độ Co(II) tăng đến 5.10 M phụ thuộc mật độ quang nồng độ Co(II) tuyến tính -5 nồng độ Co(II) lớn 5.10 M phụ thuộc mật độ quang khơng tuyến tính Vậy khoảng nồng độ Co(II) tuân theo định luật Beer (0,5 ữ -5 5,0).10 M Phương trình đường chuẩn có dạng: A= (a ± ồa).Ci + (b ± ồb) Xử lí đoạn nồng độ tuân theo định luật Beer với p=0,95 cho kết sau: A= (40303,226 ± 104).C + (3359,54 ±0,026) Từ phương trình tơi thu hệ số hấp thụ phân tử phức:  Co ( II )( PAR) = (4,03 ± 0,01).10 3.6 Giản đồ phân bố dạng tồn Co(II) thuốc thử PAR theo pH 3.6.1 Giản đồ phân bố dạng tồn Co(II) theo pH 2+ Trong dung dịch Co bị thủy phân nấc theo phương trình sau: Co 2+ + + + H2O  Co(OH) + H K1= 10 -9,82   + Ta có: -1 2+ [Co(OH) ] = h K1.[Co ] áp dụng định luật bảo tồn nồng độ ban đầu ta có:  CCo 2  [Co 2 ]  [Co(OH ) ]  [Co 2 ](1  K1 ) h Từ rút biểu thức tính nồng độ cân cấu tử có dung dịch: 2 [Co ]  CCo 2 1 h 1.K [Co(OH )  C 2 ] Co 1  h K Tỷ lệ phần trăm dạng tồn tại: K1.h 2 [Co ] 100 % [Co ]  100  CCo 2  h 1.K1 2  [Co (OH ) ] 100 1 % [Co(OH ) ]  100  K1 h 1  h K1 CCo 2  Kết tính % dạng tồn Co(II) theo pH trình bày bảng 2+ Bảng 3.6 % dạng tồn Co theo pH [C 99 99 99 99 98 99 99 84 99 99 48 99 98 86 99 84 66 99 48 72 98 09 05 % [C o1 1 1 1 1 1 13 39 60 84 690 93 40 99 63 69 99 60 057 99 66 2+ Từ bảng 3.6 tiến hành xử lý số liệu % dạng tồn Co theo pH, kết trình bày hình 3.7 2+ Hình 3.7 Giản đồ phân bố % dạng tồn Co theo pH 3.6.2 Giản đồ phân bố dạng tồn thuốc thử PAR theo pH Thuốc thử PAR tan nước tồn dạng cân sau: + + H3R  H2R + H H2R - HR Ta có :   + K1=10 + K2=10 HR + H  2 R     - K0=10 + H -3,1 -5,6 -11,9 [H R  ]  K 1 h.[H R]  [HR ]  K1.h  [H R] 1 [R 2 ]  K h ]  K1 K h [H R]   [HR Theo định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có: C PAR  [H R  ]  [H R]  [HR  ]  [R 2 ] = 1 [H R].(1  K h  K h 2K 1 K h 2 ) Từ rút biểu thức tính nồng độ cân cấu tử có dung dịch: C PAR [H 3R  ]  K 01 h  K 1.h  K h 1  K K 1 h 2 CPAR [ H R]  1 1 2 K  K h  K1 h  K1 h CPAR  1 [HR ]  K h 1 1 2 K K h  K1 h  K1 h C PAR [ 2 ]  K1.K h 2 R 1 1  K h  K h  K h 2 K 1 tỉ lệ phần trăm dạng tồn tại:   % [H R ]  [ H R ].100 C PAR % [H R]  K [HR %]  PAR  [ HR  ].100 C 2 [R %] 1 1  K h  K h K K 1 [ H R].100 100  1 1 C  K h  K h  K PAR 2 100 1  K h [R  ].100 C PAR 1 h h 2 2 100 1  K1 h 1 1  K h  K h  K K 1 100 2  K1 K h 1 1  K h  K h  K K 1 h 2 h 2 Kết tính dạng tồn thuốc thử PAR theo pH trình bày bảng 3.7 hình 3.8 Bảng 3.7 Các dạng tồn thuốc thử PAR theo pH % [ , , , , , , , , % [ 1 , %% [ [ 9 44 , 86 19 79 , , , 71 , 96 , , 99 , , 99 , , 98 , , , 11 88 , , , , 56 44 , , , , 92 03 , , , 99 3 , , , Hình 3.8 Giản đồ phân bố % dạng tồn PAR theo pH + – 21.H3R ; 2.H2R; 3.HR ; 4.R 3.7 Tính hệ số hấp thụ phân tử phức theo phương pháp Cama Để xác định hệ số hấp thụ phân tử phức Co(II) - (PAR)2, tơi tiến hành cặp thí nghiệm; thí nghiệm ứng với CPAR=2 CC quang điều kiện tối ưu  2 đo mật độ o Co ( PAR) n.(Ai  B.Ak ) l.Ci (n  B)  Trong đó:  A  q.l. i B  C  PA R q1 i   A k q.l.PAR C k  q = 2; ồPAR= 0,013.10 ; n  Ci Ck Từ tơi tính hệ số hấp thụ phân tử phức kết trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết xác định phức Co(PAR)2 phương pháp Cama (l=1cm; ỡ = 0,1: pH =8,0 ; ởMax= 510nm) SC Ä Tph A C , C iC 0 0 ặ k , C , C iC 0 ặ k , , , C , C iC 0 0 ặ k , Ta thu kết sau  Co ( PAR)2  (4,10  0,02).10 Kết luận Sau thời gian tiến hành đề tài khóa luận tơi rút kết luận sau: Đã nghiên cứu cách có hệ thống tạo phức Co(II)-PAR Kết cho thấy: Các điều kiện tạo phức tối ưu: - Bước sóng hấp thụ cực đại ởmax = 510nm - Thời gian đo tối ưu: t = 15 phút sau pha chế - pH tối ưu: 8,0 - Đã xác định thành phần phức theo hai phương pháp cho kết Tỉ lệ cấu tử phức: Co(II): PAR = 1:2 - Đã xác định hệ số hấp thụ phân tử theo hai phương pháp: Phương pháp đường chuẩn: (4,03 ± 0,01).10 Phương pháp Cama: (4,10 ± 0,02).10 4 -5 - Khoảng nồng độ Co(II) tuân theo định luật Beer: (0,5 ữ 5.10 M) Tài liệu tham khảo N.X.Acmetop (1978), Hóa vơ Phần II, NXB ĐH THCN Nguyễn Trọng Biểu (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học, NXB KH KT, Hà Nội Nguyễn Trọng Biểu, Từ Văn Mạc (2002), Thuốc thử hữu cơ, NXB KH KT, Hà Nội N.I.Bloc (1970), Hóa học phân tích định tính- phản ứng cation, Hồng Minh Châu dịch, NXB Giáo dục, Hà Nội F Cơttn-G.Wilkinson Cơ sở hóa học vô phần III (TL dịch)… Nguyễn Tinh Dung (2000), Hóa học phân tích Phần II- Các phản ứng ion dung dịch nước, NXB Giáo dục Nguyễn Tinh Dung (2005), Hóa học phân tích Cân ion dung dịch Nguyễn Xuân Dũng, Phạm Luận (1987), Sách tra cứu pha chế dung dịch Tập II NXB KHTN, Hà Nội Hồ Viết Quý (1999), Phức chất hóa học NXB KH KT, Hà Nội 10 Hồ Viết Q (2006), Phân tích lí hóa NXB Giáo dục, Hà Nội 11 Hồ Viết Quý (2002), Cơ sở hóa học phân tích đại Tập II, NXB.Đại học Sư phạm, Hà Nội 12 Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội ... tốt nghiệp với đề tài Nghiên cứu tạo phức Co(II) với 4- (2- pyridylazo)- rezoxin (PAR) phương pháp trắc quang Là cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tuy đề tài khơng phải hồn tồn kết nghiên cứu đề tài... trình nghiên cứu tạo phức ion Co với PAR chưa nhiều, chưa mang tính hệ thống, đặc biệt Co(II) với số thuốc thử PAR Xuất phát từ lí tơi chọn đề tài: Nghiên cứu tạo phức Co(II) với 4- (2- pyridylazo). .. (2- pyridylazo) – rezoxin (PAR) phương pháp trắc quang Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài Tiến hành nghiên cứu thực tạo phức Co(II) với thuốc thử PAR xác định thành phần phức, thơng số