Nghiên cứu sự tạo phức của chì với thuốc thử PAR bằng phương pháp trắc quang ứng dụng nó trong việc xử lí nước thải công ty cổ phần cơ khí ôtô nghệ an phân xưởng i

Luận văn tốt nghiệp Mục lục Trang Mở đầu 1 Phần 1: Tổng quan 3 1.1. Chì và thuốc thử PAR. 3 1.1.1. Chì. 3 1.1.1.1. Đặc điểm, tính chất của chì và hợp chất của nó. 3 1.1.1.2. Sự tạo phức của chì với thuốc thử hữu cơ. 7 1.1.2. Thuốc thử 4 (2 pyriđilazo) rezocxin (PAR). 10 1.2. Các phơng pháp nghiên cứu của phức màu. 15 1.2.1. Phơng pháp trắc quang. 15 1.2.2. Phơng pháp chiết trắc quang. 16 1.3. Nghiên cứu các điều kiện tối u cho sự tạo thành phức màu. 17 1.3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức màu đơn và đa phối tử. 17 1.3.2. Nghiên cứu khoảng thời gian tối u. 18 1.3.3. Nghiên cứu xác định khoảng PH tối u. 19 1.3.4. Xác định nồng độ thúôc thử và nồng độ ion kim loại tối u. 21 1.3.5. Xác định nhiệt độ và lực ion của dung dịch. 22 1.3.6. Nghiên cứu khả năng áp dụng của phức màu để định lợng trắc quang. 23 1.4. Các phơng pháp xác định thành phần của phức màu. 24 1.4.1. Phơng pháp hệ đồng phân tử gam. 24 1.4.2. Phơng pháp tỷ số mol. 26 1.5. Phơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử gam và hằng số bền của phức. 28 1.5.1. Phơng pháp hệ đồng phân tử gam. 29 1.5.2. Phơng pháp tỷ số mol. 30 1.5.3. Phơng pháp Komar. 30 1.5.4. Phơng pháp đờng chuẩn. 35 Chuyên ngành hóa phân tích 1 Luận văn tốt nghiệp 1.6. Các phơng pháp định lợng trong phân tích trắc quang. 35 1.6.1. Phơng pháp đờng chuẩn. 35 1.6.2. Phơng pháp thêm. 36 1.6.3. Phơng pháp vi sai. 37 1.7. Nớc thải. 38 1.7.1. Khái niệm. 38 1.7.2. Phân tích nớc thải. 39 1.7.3. Xây dựng quy trình thực nghiệm xác định chì trong nớc thải. 40 1.8. Phơng pháp thống kê sử lý số liệu thực nghiệm. 40 1.8.1. Phơng pháp sử lý kết quả phân tích. 40 1.8.2. Phơng pháp sử lý thống kê đờng chuẩn. 43 1.8.3. Phơng pháp mẫu chuẩn để kiểm tra kết quả nghiên cứu. 44 Phần 2: Thực nghiệm. 45 2.1. Hoá chất, dụng cụ và máy móc. 45 2.1.1. Hoá chất. 45 2.1.2. Thiết bị máy móc. 45 2.2. Phơng pháp pha chế các dung dịch dùng cho phản ứng phân tích. 45 2.2.1. Pha chế dung dịch Pb(II) 0,01M và dung dịch PAR 8. 10 -4 M. 45 2.2.2. Pha chế dung dịch đệm và dung dịch điều chỉnh lực ion. 46 2.3. Tiến hành phân tích. 46 2.3.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức. 46 2.3.2. Nghiên cứu các điều kiện tối u cho sự tạo phức Pb(II) - PAR. 49 2.3.2.1. Nghiên cứu nồng độ ion kim loại và thuốc thử tối u cho sự tạo phức Pb(II) - PAR. 49 Chuyên ngành hóa phân tích 2 Luận văn tốt nghiệp 2.3.2.2. Nghiên cứu PH tối u cho sự tạo phức Pb (II) PAR. 50 2.3.2.3. Nghiên cứu ảnh hởng của thời gian, lực ion và nhiệt độ đến sự tạo phức của Pb(II) - PAR. 52 2.3.3. Xác định thành phần phức Pb(II) - PAR. 54 2.3.3.1. Phơng pháp hệ đồng phân tử gam. 54 2.3.3.1.1. Nguyên tắc của phơng pháp. 54 2.3.3.1.2. Cách tiến hành. 55 2.3.3.1.3.Thảo luận và kết quả. 56 2.3.3.2. Phơng pháp tỷ số mol. 57 2.3.3.2.1. Nguyên tắc phơng pháp. 57 2.3.3.2.2. Cách tiến hành. 57 2.3.3.2.3. Thảo luận và kết quả. 58 2.3.4. Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam và hằng số cân bằng của các quá trình tạo phức Pb(II) -PAR. 59 2.3.4.1. Xác định háp thụ phân tử gam của phức Pb(II) PAR bằng phơng pháp hệ đồng phân tử gam. 59 2.3.4.2. Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam cua phức Pb(II) - PAR bằng phơng pháp tỷ số mol. 60 2.3.4.3. Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam của phức Pb(II) - PAR bằng phơng pháp đờng chuẩn. 61 2.3.4.4. Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam bằng phơng pháp Komar. 63 2.3.5. Xác định hàm lợng chì trong mẫu nhân tạo và đánh giá độ chính xác của phơng pháp. 65 2.3.5.1. Xác định hàm lợng chì trong mẫu nhân tạo. 65 2.3.5.2. Kết quả phân tích và đánh giá độ chính xác của phơng pháp. 65 2.3.6. ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định hàm lợng chì trong nguồn nớc thải. 67 2.3.6.1. Cách lấy và bảo quản mẫu. 67 Chuyên ngành hóa phân tích 3 Luận văn tốt nghiệp 2.3.6.2. Định lợng Pb trong mẫu. 68 Phần 3: Kết luận 70 * Tài liệu tham khảo. 71 Mở đầu Việc xác định các nguyên tố ở dạng phân tán nay đã và đang đợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Chì là một trong những nguyên tố ít phổ biến, chiếm 10 -4 % tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Chì có nhiều ứng dụng trong thực tế nh làm tấm điện cực trong ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn, các ống dẫn trong công nghiệp, trong công nghệ luyện kim . Chuyên ngành hóa phân tích 4 Luận văn tốt nghiệp Tuy nhiên, cùng với sự phát triển ứng dụng của nó thì sự có mặt chì dới dạng vi l- ợng trong môi trờng đặc biệt là môi trờng nớc đã gây nên hậu quả xấu tới sức khoẻ con ngời và những sinh vật khác. Hàm lợng chì trong khí quyển hiện nay lớn hơn giai đoạn nguyên thuỷ hàng vạn lần, lợng chì mà chúng ta hít vào trong cơ thể hiện gấp 100 lần thời kỳ nguyên thuỷ. Do vậy chúng ta không đợc đánh giá thấp tình trạng ô nhiễm chì. Có nhiều phơng pháp để xác định chì nh phơng pháp chuẩn độ, phơng pháp cực phổ, phơng pháp hấp thụ nguyên tử, phơng pháp trắc quang . Để xác định vi lợng chì thì việc tìm kiếm các phức đơn và đa phối tử của nó có ý nghĩa thiết thực. Phơng pháp trắc quang có triển vọng để xác định vi lợng các nguyên tố, cho độ nhạy, độ chính xác, độ lặp lại cao và phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm của trờng Đại Học Vinh. Thuốc thử 4 - (2 - pyriđilazo) - rezocxin (PAR) có khả năng tạo phức màu đơn - đa phối tử nhiều ion kim loại. Phản ứng tạo phức của PAR với các nguyên tố phân tán không chỉ mang ý nghĩa lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tế, gắn liền môi trờng, đối với đời sống con ngời về nền kinh tế công nghiệp. Với những lí do đã nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu sự tạo phức của chì với thuốc thử PAR bằng phơng pháp trắc quang. ứng dụng nó trong việc xử lý nớc thải công ty cổ phần cơ khí ôtô Nghệ An phân xởng 1 Thực hiện đề tài này, chúng tôi tập chung nghiên cứu và giải quyết các vấn đề sau: - Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đơn phối tử Pb(II)-PAR. - Điều kiện tối u cho sự tạo phức gồm: nồng độ ion kim loại, nồng độ thuốc thử, thời gian tạo phức, PH tạo phức, nhiệt độ tạo phức, lực ion của dung dịch. - Xác định thành phần của phức bằng phơng pháp tỷ số mol và phơng pháp hệ đồng phân tử gam. Chuyên ngành hóa phân tích 5 Luận văn tốt nghiệp - Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam bằng phơng pháp Komar, phơng pháp hệ đồng phân tử gam, phơng pháp tỷ số mol, phơng pháp đờng chuẩn. - Xây dựng đờng chuẩn sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức màu Pb(II)-PAR vào nồng độ Pb 2+ . Chúng tôi hi vọng rằng với kết quả nghiên cứu của mình sẽ góp phần làm phong phú thêm trong lĩnh vực phân tích xác định vi lợng Pb. Phần 1: tổng quan 1.1. Chì và thuốc thử PAR. 1.1.1. Chì: Kí hiệu hoá học: Pb Khối lợng nguyên tử: M = 207 Số thứ tự: Z = 82 Cấu hình electron: [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 1.1.1.1. Đặc điểm, tính chất của chì và hợp chất của nó: Chì là một nguyên tố thuộc chu kỳ 6, là nguyên tố cuối cùng thuộc phân nhóm chính nhóm IV, có bán kính nguyên tử là 1,75A 0 , năng lợng ion hoá I 1 là 7,42ev, I 2 là 15,03ev, I 3 là 32,0ev, I 4 là 42,3ev, độ âm điện theo Pauling là 1,8. Để đạt đợc cấu hình electron bền, chỉ tạo nên những cặp electron của liên kết cộng hoá trị và trong các hợp chất chì có số oxi hoá là - 4, +2, +4, trong đó số oxi hoá đặc trng là +2 do cấu hình 6S 2 bền vững đặc biệt. Chuyên ngành hóa phân tích 6 Luận văn tốt nghiệp Hàm lợng Pb là 10 -4 % tổng số nguyên tử của vỏ Trái Đất. Chì có mặt trong 170 khoáng vật khác nhau, chủ yếu là trong galen (PbS), cernsute (PbC0 3 ), angiesite (PbSO 4 ), pyromorphite (Pb 5 Cl(PO 4 ) 3 ). Chì thể hiện tính kim loại, nó chỉ tồn tại ở dạng kim loại với kiểu lập phơng của các nguyên tử, nó là kim loại màu xám thẩm và có tỷ khối là 11,34; có nhiệt độ nóng chảy t o nc = 327 0 C, nhiệt độ sôi t o s = 1737 0 C, thế ion hoá E 0 =- 0,126V. Chì rất mềm, dùng móng tay có thể rạch đợc, dễ rát mỏng. Chì bị oxi hóa tạo thành lớp axit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ chì không tiếp tục bị oxi hoá: 2Pb + O 2 0 t = 2PbO Tơng tác với halogen: Pb + X 2 0 t = PbX 2 Đối với nớc thì nó tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục tác dụng. Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc tan trong các axit: chì chỉ tơng tác ở trên bề mặt với dung dịch axit HCl (l) và axit H 2 SO 4 dới 80% vì bị bao bởi lớp muối khó tan (PbCl 2 , PbSO 4 ) nhng với lợng d các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ chuyển về hợp chất tan: PbCl 2 + 2HCl = H 2 PbCl 4 PbSO 4 + H 2 SO 4 = Pb(HSO 4 ) 2 Với axit HNO 3 ở bất kỳ nồng độ nào, chì tơng tác nh một kim loại: 3Pb + 8HNO 3(l) = 3Pb(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O Khi có mặt oxi, có thể tơng tác với H 2 O, tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác: Pb + 2H 2 O + O 2 = 2Pb(OH) 2 2Pb + 4CH 3 COOH + O 2 = 2Pb(CH 3 COO) 2 + 2H 2 O Với dung dịch kiềm: Pb + 2KOH + 2H 2 O = K 2 [Pb(OH) 4 ] + H 2 Chuyên ngành hóa phân tích 7 Luận văn tốt nghiệp Đối với hợp chất chì tồn tại ở các hợp chất có số oxi hoá - 4; +2; +4 trong đó +2 là đặc trng. Số oxi hoá +4 gặp các hợp chất oxit PbO 2 ; hidrat(PbO 2 .xH 2 O); tetra halogen(PbF 4 , PbCl 4 ); phức chất với anion(Pb(OH) 6 2- ) . Số oxi hoá - 4 gặp ở các hợp chất của Pb với hidro(PbH 4 ), PbH 4 : monoplomban chỉ tồn tại ở nhiệt độ thấp cho nên cha đợc nghiên cứu nhiều. PbH 4 đợc điều chế là: cho hợp kim của chì với magie tơng tác với dung dịch axit loãng: Mg 2 Pb + 4HCl = 2MgCl 2 + PbH 4 Riêng chì (II) gặp ở nhiều dạng khác nhau nh: monooxit(PbO), hidroxit Pb(OH) 2 , muối đihalogen(PbCl 2 ), sunfua(PbS), sunfat(PbSO 4 ), nitrat(Pb(NO 3 ) 2 ), cacbonat(PbCO 3 ), các hợp chất phức với các phối tử vô cơ và hữu cơ. + PbO là chất rắn, PbO - có màu đỏ thuộc hệ tứ phơng, PbO- có màu vàng thuộc hệ tà phơng. + Pb(OH) 2 rất ít tan trong nớc, có màu trắng, khi đun nóng chúng sẽ mất nớc biến thành oxit PbO. Nó là chất lỡng tính, tan trong axit và trong bazơ: Pb(OH) 2 + 2HCl = PbCl 2 + 2H 2 O Pb(OH) 2 + 2KOH = K 2 [Pb(OH) 4 ] Pb(OH) 2 điều chế dễ dàng khi cho dung dịch muối của Pb 2+ tác dụng với kiềm: Pb 2+ + 2OH - = Pb(OH) 2 + PbX 2 : chất rắn không màu, trừ PbI 2 màu vàng, không phân huỷ khi bay hơi. Hợp chất PbF 2 Pbl 2 PbBr 2 PbI 2 t o nc o C 822 501 370 412 t o s o C 1290 954 914 87 PbX 2 có thể kết hợp với halozenua kim loại kiềm MX tạo nên phức chất kiểu M 2 [PbX 4 ], M[PbX 3 ] VD: PbI 2 + 2KI = K 2 [PbI 4 ] PbX 2 có thể điều chế trực tiếp từ các nguyên tố: Chuyên ngành hóa phân tích 8 Luận văn tốt nghiệp VD: Pb + F 2 = PbF 2 + PbS là tinh thể màu đen, tan trong axit nitric: 3PbS + 8HNO 3 = 3PbSO 4 + 8NO + 4H 2 O Pb(II) không phải là chất khử với clo, PbCl 2 không tơng tác ở điều kiện thờng, Pb 2+ không bị biến đổi bởi oxi. Các phản ứng của Pb 2+ : - Với axit HCl và các clorua tan: Pb 2+ + 2Cl - = PbCl 2 PbCl 2 + 2Cl - = [PbCl 4 ] 2- - Với KI: Pb 2+ + 2I - = PbI 2 PbI 2 + 2I - = [PbI 4 ] 2- - Với axit H 2 SO 4 và sunfat tan: Pb 2+ + SO 4 2- = PbSO 4 (tinh thể trắng) PbSO 4 + H 2 SO 4(đặc) = Pb(HSO 4 ) 2 PbSO 4 + 4NH 4 CH 3 COO = (NH 4 ) 2 ( Pb(CH 3 COO) 4 ) + (NH 4 ) 2 SO 4 PbSO 4 + 4NaOH = Na 2 PbSO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O - Với kalicromat K 2 CrO 4 và kalibicromat K 2 Cr 2 O 7 : Pb 2+ + CrO 4 2- = PbCrO 4 2Pb 2+ + Cr 2 O 7 2- + H 2 O = 2PbCrO 4 + 2H + PbCrO 4 không tan trong axitaxetic 2N, nhng tan trong axit HNO 3 3N, tan trong kiềm: 2PbCrO 4 + 2H + = 2Pb 2+ + Cr 2 O 7 2- + H 2 O PbCrO 4 + 4OH - = PbO 2 2- + CrO 4 2- + 2H 2 O - Với hidrosunfua H 2 S và các sunfua tan : Pb 2+ +S 2- = PbS do tích số tan bé T PbS =10 -13 , nên: Chuyên ngành hóa phân tích 9 Luận văn tốt nghiệp PbO 2 2- + 2H 2 O +S 2- = PbS + 4OH - - Với các kiềm ăn da: Pb 2+ +2OH - = Pb(OH) 2 vô định hình Pb(OH) 2 + 2OH - = PbO 2 2- + 2H 2 O - Với amonihyđroxit NH 4 OH: Pb 2+ +2OH - = Pb(OH) 2 1.1.1.2. Sự tạo phức của chì với thuốc khử hữu cơ: Chì có thể tạo phức với nhiều thuốc thử hữu cơ tạo thành muối nội phức khó tan hoặc có màu đặc trng: - Với đietylđithiocacbamat: Tạo ra muối nội phức: S S Pb 2+ + (C 2 H 5 ) 2 - N - C (C 2 H 5 ) 2 N C Pb/2 SH S - Với đithizon: Khi cho đithizon tác dụng với dung dịch muối chì; phản ứng xảy ra ở nấc thứ 1 tạo thành muối chì đithizonat: Pb 2+ + đithizon N NH C N = N + H + S Pb/2 Lắc mạnh ống nghiệm chứa dung dịch muối chì loãng cho vào đó dung dịch thuốc thử trong clorofom, cacbontetraclorua, benzen / toluen. Ta thu đợc phức màu đỏ: H N N = C N Chuyên ngành hóa phân tích 10