Nghiên cứu quá trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (ii)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA NGUYỄN THỊ THÚY NGỌC NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TỔNG HỢP PHỨC AMONI ĐIOXALATOZINCAT (II) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng – 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TỔNG HỢP PHỨC AMONI ĐIOXALATOZINCAT (II) KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực : Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp : 11CHP Giáo viên hƣớng dẫn : ThS Ngơ Thị Mỹ Bình Đà Nẵng – 2015 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc KHOA HÓA  NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ THÚY NGỌC Lớp: 11CHP Tên đề tài: Nghiên cứu trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ thiết bị Nguyên liệu: - Tinh thể muối kẽm sunfat ZnSO4.7H2O - Tinh thể muối amoni oxalat (NH4)2C2O4.H2O Hóa chất: - Rượu etylic tuyệt đối - Nước cất lần Dụng cụ: - Cốc thủy tinh dung tích 100ml, 250ml - Pipet loại - Bình định mức dung tích 100ml, 250ml - Giấy lọc - Bóp cao su - Đũa khuấy thủy tinh Thiết bị: - Cân phân tích - Tủ sấy - Phễu lọc Buchner - Bộ ép mẫu IR SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Máy đo UV-VIS - Máy đo phổ hồng ngoại FTIR – 8400S hiệu Shimazu (Nhật) Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát điều kiện tối ưu cho trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II): nồng độ ion trung tâm; tỉ lệ thể tích ion trung tâm/phối tử; thời gian tạo phức; thể tích rượu etylic - Từ điều kiện nghiên cứu đưa quy trình tổng hợp tối ưu phức amoni đioxalatozincat (II) - Nghiên cứu xác định thành phần phức tổng hợp phương pháp hấp thụ electron UV – VIS phương pháp phổ hồng ngoại IR Giáo viên hƣớng dẫn: ThS NGƠ THỊ MỸ BÌNH – Cán giảng dạy mơn Hóa Vơ Cơ, Khoa Hóa, Trường Đại Học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng Ngày giao đề tài: 15/09/2014 Ngày hoàn thành: 20/04/2015 Chủ nhiệm Khoa Giảng viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 12 tháng 05 năm 2015 Kết đánh giá:……………… Đà nẵng, ngày… tháng… năm 2015 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký ghi rõ họ tên) SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài khóa luận tốt nghiệp, em nhận giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình q thầy cơ, bạn bè, nhà trường gia đình tạo điều kiện giúp em hồn thành đề tài khóa luận Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Ngơ Thị Mỹ Bình quan tâm, hướng dẫn cho em suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Hóa, Trường Đại Học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình học tập thực đề tài Xin cám ơn tập thể lớp 11CHP bên học tập, vui chơi suốt năm Đại Học Cám ơn gia đình bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt thời gian qua Trong trình thực đề tài hạn chế kinh nghiệm thời gian nên không tránh khỏi bỡ ngỡ sai sót Em kính mong thầy giáo hướng dẫn góp ý, em xin chân thành cảm ơn thầy cô Đà Nẵng, ngày 10 tháng 04 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Ngọc SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu phức chất 1.1.1 Các định nghĩa [1], [2] 1.1.1.1 Phức chất 1.1.1.2 Chất tạo phức 1.1.1.3 Phối tử 1.1.1.4 Số phối trí- Sự phối trí- Dung lượng phối trí 1.1.1.5 Hợp chất phối trí 1.1.1.6 Cầu nội cầu ngoại 1.1.1.7 Phối tử đơn 1.1.1.8 Phối tử đa 1.1.1.9 Chelate hay hợp chất vòng 1.1.2 Cấu tạo [6] 1.1.3 Tên gọi [2] 1.1.3.1 Thứ tự 1.1.3.2 Gọi tên 1.1.4 Hiện tượng đồng phân phức chất [1], [2] 1.1.4.1 Đồng phân cis - trans 1.1.4.2 Đồng phân quang học 1.1.4.3 Đồng phân phối trí 1.1.4.4 Đồng phân oxi hóa 1.1.4.5 Đồng phân liên kết 1.1.4.6 Đồng phân muối 1.1.4.7 Đồng phân trùng hợp phối trí SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.1.5 Phân loại phức chất [1], [2] 1.1.6 Tính chất phức chất [6] 1.1.6.1 Sự phân ly phức dung dịch nước 1.1.6.2 Tính oxi hóa khử phức chất 1.1.6.3 Tính axit bazơ phức 1.1.7 Độ bền phức chất [6] 1.2 Liên kết hóa học phức chất 10 1.2.1 Thuyết liên kết hóa trị (VB )[2], [6] 10 1.2.2 Thuyết trường tinh thể [2], [6] 12 1.2.3 Thuyết trường phối tử (MO) [2], [6] 12 1.3 Vai trò phức chất 13 1.3.1 Giá trị lý thuyết [2] 13 1.3.2 Vai trò phức chất hóa học sống [4], [6] 13 1.3.2.1 Trong hóa học vơ 13 1.3.2.2 Trong hóa học hữu 13 1.3.2.4 Trong lĩnh vực hóa sinh 14 1.3.2.5 Trong công nghiệp hóa học 14 1.3.2.6 Trong cơng nghiệp hóa dược 14 1.3.2.7 Trong mạ điện 14 1.3.2.8 Trong chống ăn mòn kim loại 14 1.3.2.9 Trong sống động thực vật 15 1.3.2.10 Trong lĩnh vực khác 15 1.4 Giới thiệu Zn 16 1.4.1 Một số đặc điểm kẽm [3] 16 1.4.2 Tính chất vật lý 17 1.4.3 Trạng thái thiên nhiên thành phần đồng vị 18 1.4.4 Ứng dụng 19 1.5 Giới thiệu ZnSO4 khả tạo phức 19 1.5.1 Giới thiệu ZnSO4 19 1.5.2 Khả tạo phức Zn2+ 21 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.6 Giới thiệu amoni oxalate (NH4)2C2O4.H2O khả tạo phức 22 1.7 Giới thiệu phức amoni đioxalatozincat (II) (NH4)2[Zn(C2O4)2] 23 1.8 Các phƣơng pháp tổng hợp phức chất 25 1.8.1 Tổng hợp phức chất dựa vào phản ứng [2], [6] 25 1.8.2 Tổng hợp phức chất dựa vào phản ứng oxi – hóa khử [2], [6] 26 1.8.3 Tổng hợp phức chất dựa vào phản ứng phối tử phối trí [2], [6] 26 1.8.4 Tổng hợp cacbonyl kim loại [6] 26 1.8.5 Tổng hợp nhiệt độ cao [6] 27 1.9 Các phƣơng pháp xác định thành phần phức chất 28 1.9.1 Phương pháp trọng lượng [4], [6] 28 1.9.2 Phương pháp phổ hấp thụ electron UV – VIS [4], [6] 28 1.9.3 Phương pháp phổ hồng ngoại [4], [6] 29 1.9.4 Phương pháp phổ khối lượng ion hóa electron [4] 31 1.9.5 Một số phương pháp hóa học [4] 32 1.9.6 Phương pháp phân tích nhiệt [4] 32 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Giới thiệu hóa chất, dụng cụ, thiết bị 34 2.1.1 Hóa chất 34 2.1.2 Dụng cụ 34 2.1.3 Thiết bị 34 2.2 Pha loại dung dịch 34 2.2.1 Dung dịch ZnSO4 với nồng độ khác 34 2.2.2 Dung dịch amoni oxalat bão bòa (NH4)2C2O4.H2O 35 2.3 Tổng hợp phức (NH4)2[Zn(C2O4)2] 35 2.4 Khảo sát điều kiện tối ƣu để tổng hợp phức 36 2.4.1 Khảo sát nồng độ dung dịch ZnSO4 36 2.4.2 Khảo sát tỷ lệ thể tích dung dịch ZnSO4/(NH4)2C2O4.H2O 36 2.4.3 Khảo sát thể tích dung dịch rượu etylic 36 2.4.4 Khảo sát thời gian phản ứng 37 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.5 Tổng hợp phức (NH4)2[Zn(C2O4)2] 37 2.6 Nghiên cứu thành phần phức phƣơng pháp phổ hấp thụ electron UV-VIS phổ hồng ngoại IR 37 2.6.1 Phương pháp phổ hấp thụ electron UV-VIS 37 2.6.1.1 Cách tiến hành 37 2.6.1.2 Cách ghi phổ 37 2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 38 2.6.2.1 Cách tiến hành 38 2.6.2.2 Cách ghi phổ 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 3.1 Kết khảo sát điều kiện tối ƣu 39 3.1.1 Khảo sát nồng độ dung dịch ZnSO4 tối ưu 39 3.1.2 Khảo sát tỷ lệ thể tích dung dịch ZnSO4/(NH4)2C2O4.H2O 40 3.1.3 Khảo sát dung dịch rượu etylic 41 3.2 Quy trình tổng hợp phức tối ƣu 43 3.3 Kết nghiên cứu thành phần phức amoni đioxalatozincat (II) (NH4)2[Zn(C2O4)2] phổ hấp thụ electron UV – VIS phổ hồng ngoại IR 47 3.3.1 Kết phổ hấp thụ electron UV – VIS 47 3.3.2 Kết phổ hồng ngoại phức 49 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Kiểu lai hóa cấu trúc không gian phức chất 11 Bảng 1.2 Một số đặc điểm Zn 16 Bảng 2.1 Pha dung dịch ZnSO4 35 Bảng 3.1 Kết khảo sát nồng độ dung dịch ZnSO4 tối ưu 39 Bảng 3.2 Kết khảo sát tỷ lệ thể tích ZnSO4/(NH4)2C2O4.H2O tối ưu 40 Bảng 3.3 Kết khảo sát thể tích dung dịch rượu etylic tối ưu 41 Bảng 3.4 Kết khảo sát thời gian phản ứng tối ưu 42 Bảng 3.5 Các tần số dao động đặc trưng phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] 51 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhận xét: Từ đồ thị, ta thấy hiệu suất tổng hợp phức cao 88.45% thời gian phản ứng (khi ngâm phức nước đá) 45 phút Do đó, ta chọn thời gian phản ứng (khi ngâm phức nước đá) 45 phút thời gian phản ứng tối ưu để tổng hợp phức 3.2 Quy trình tổng hợp phức tối ƣu Từ kết khảo sát điều kiện tối ưu trình tạo phức trên, ta đưa quy trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) tối ưu hình 3.5 sau đây: Dung dịch (NH4)2C2O4.H2O 0.35M Dung dịch ZnSO4 1M Tỉ lệ 1:2 Thêm 15ml rượu etylic, để yên 45 phút Khuấy dung dịch liên tục khoảng 20 phút Lọc tinh thể phức phễu Buchner rửa nhiều lần rượu etylic Sấy phức nhiệt độ 50 – 600C tủ sấy Sản phẩm Hình 3.5 Quy trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 43 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.6 Dung dịch ZnSO4 1.0 M Hình 3.7 Dung dịch amoni oxalat bão hòa 0.35M SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 44 Lớp: 11CHP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.8 Dung dịch phức sau khuấy Hình 3.9 Phức ngâm nước đá SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 45 Lớp: 11CHP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.10 Phức lọc phễu Buchner Hình 3.11 Tinh thể phức sau lọc xong SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 46 Lớp: 11CHP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.12 Tinh thể phức sau sấy 3.3 Kết nghiên cứu thành phần phức amoni đioxalatozincat (II) (NH4)2[Zn(C2O4)2] phổ hấp thụ electron UV – VIS phổ hồng ngoại IR 3.3.1 Kết phổ hấp thụ electron UV – VIS Phổ UV – VIS ion trung tâm trước tạo phức: SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 47 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP -0 -0 0.350 0.30 0.25 0.20 A 0.15 -0 1 0.10 0.05 -0.005 200.0 250 300 350 400 450 500 nm 550 600 650 700 750 800.0 Hình 3.13 Phổ UV – VIS ion Zn2+ trước tạo phức Nhận xét: Từ phổ UV – VIS quét được, ta thấy λmax ion Zn2+ trước có tạo phức 328.26 nm SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 48 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Phổ UV – VIS ion trung tâm dung dịch phức: 0.500 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 A 0.20 -0 0.15 0.10 0.05 0.000 200.0 250 300 350 400 450 500 nm 550 600 650 700 750 800.0 Hình 3.14 Phổ UV – VIS ion Zn2+ dung dịch phức Nhận xét: Từ phổ UV – VIS quét được, ta thấy λmax ion Zn2+ sau có tạo phức với phối tử C2O42- 3.3.2 Kết phổ hồng ngoại phức Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn số sóng hay tần số (tính cm1 ), trục thẳng đứng biểu diễn cường độ hấp thụ A Dựa vào phổ hồng ngoại phức, ta suy tần số dao động đặc trưng phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] tổng hợp SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 49 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.15 Phổ IR phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] Các tần số dao động đặc trưng phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] tổng hợp trình bày bảng 3.5 sau đây: SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 50 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Bảng 3.5 Các tần số dao động đặc trưng phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] Dao động νO-H Tần số dao động (cm-1) 3391.13 νkdxCOO- 1629.59 νdxCOO- 1400.58 νC-C 1364.01 νC-C 1104.88 νC-O 982.39 νM-O 495.34 νM-O 458.14 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 51 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm nghiên cứu trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2], rút số kết luận sau: Đã khảo sát điều kiện tối ưu để tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2]: + Nồng độ ZnSO4 1.0 M + Nồng độ (NH4)2C2O4.H2O 0.35 M + Tỷ lệ thể tích dung dịch ZnSO4/(NH4)2C2O4.H2O 1:2 + Thể rượu dung dịch etylic 15ml + Thời gian phản ứng tối ưu để tạo phức 45 phút Từ kết việc khảo sát điều kiện tối ưu trình tạo phức, ta đưa quy trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2], sau:  Pha dung dịch ZnSO4 1.0 M, dung dịch (NH4)2C2O4.H2O bão hịa  Hút xác 10ml dung dịch ZnSO4 1.0 M cho vào cốc thủy tinh 100ml thêm 20ml dung dịch (NH4)2C2O4.H2O bão hòa Sau khuấy dung dịch vịng 20 phút  Thêm 15ml rượu etylic tuyệt đối để hạn chế tan phức  Ngâm nước đá thời gian 45 phút  Phức lọc phễu buchner rửa tinh thể rượu etylic làm khô nhiệt độ 50 – 600C tủ sấy  Phức thu dạng bột mịn, màu trắng, tan nước Phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] dạng bột mịn màu trắng Bằng phương pháp đo phổ hồng ngoại ta suy tần số dao động đặc trưng phức, từ xác định thành phần phức amoni đioxalatozincat (II) – (NH4)2[Zn(C2O4)2] cần tổng hợp SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 52 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Văn Dũng – Giáo trình hóa học phức chất – Tài liệu lưu hành nội khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng [2] Lê Chí Kiên (2006) – Hỗn hợp phức chất – Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội [3] Ngơ Thị Mỹ Bình – Giáo trình hóa học vơ – Tài liệu lưu hành nội khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng [4] Phạm Hồng Phương Thúy – Khóa luận tốt nghiệp cử nhân khoa học – Tài liệu lưu hành nội khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng [5] Phan Thảo Thơ – Giáo trính phương pháp quang phổ –Tài liệu lưu hành nội khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng [6] Võ Thị Thùy Trang – Khóa luận tốt nghiệp cử nhân khoa học – Tài liệu lưu hành nội khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng http://tailieu.vn/doc/nguyen-to-chuyen-tiep-va-phuc-chat-p1-1216935.html http://vi.wikipedia.org/wiki/K%E1%BA%BDm http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_oxalate http://123doc.org/document/896398-nghien-cuu-su-tao-phuc-cua-zn2-ni2-voithuoc-thu-dithizon-ung-dung-xac-doinh-chung-bang-phuong-phap-chiet-tracquang.htm?page=5 http://123doc.org/document/1817077-thuoc-thu-amoni-oxalat-tcvn-4293-86docx.htm http://vi.swewe.net/word_show.htm/?68618_1&Amoni_oxalat http://vi.swewe.net/word_show.htm/?66500_1&K%E1%BA%BDm_sulfat http://thuoctot.vn/upload/6014/duocdien/Duoc_dien/KEM_SULFAT_da_xong.pdf SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 53 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 0.200 -0 1 m0 5u o i k e m 0.18 0.16 0.14 -0 5p 0h u c k e m 0.12 0.10 A 0.08 0.06 0.04 0.02 -0.005 300.0 350 400 450 SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc 500 550 nm 600 650 700 750 800.0 Lớp: 11CHP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Thị Thúy Ngọc Lớp: 11CHP ... tiễn Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu trình tổng hợp phức chất amoni đioxalatozincat (II) để đưa quy trình tổng hợp tối ưu Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II) - Tiến hành... trọng nên việc nghiên cứu tìm điều kiện tổng hợp phức chất kẽm với phối tử oxalat vấn đề cần thiết Chính em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu q trình tổng hợp phức amoni đioxalatozincat (II)? ?? để có ứng... phức; thể tích rượu etylic - Từ điều kiện nghiên cứu đưa quy trình tổng hợp tối ưu phức amoni đioxalatozincat (II) - Nghiên cứu xác định thành phần phức tổng hợp phương pháp hấp thụ electron UV –