Nghiên cứu sự tạo phức của kẽm (II) với metyl thimol xanh (MTX) bằng phương pháp trắc quang, đánh giá khả năng ứng dụng định lượng kẽm

Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Vinh === === lê thị thúy vân Luận văn thạc sĩ hóa học Vinh, 2007 Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Vinh === === lê thị thúy vân Chuyên ngành: Hóa phân tích Mà số: 60.44.29 Luận văn thạc sĩ hóa học Ngời hớng dẫn khoa häc: PGS.TS Ngun kh¾c nghÜa Vinh, 2007 =  = Mục lục Trang Mở đầu Ch¬ng 1: Tỉng quan tµi liƯu 1.1 Giíi thiƯu vỊ nguyªn tè kÏm .3 1.1.1 Vị trí, cấu tạo tính chất kÏm .3 1.1.2 TÝnh chÊt vËt lý 1.1.3 TÝnh chÊt ho¸ häc 1.1.4 Các phản øng cña ion Zn2+ .4 1.1.5 Các phản ứng tạo phức kẽm 1.2 Sơ lợc vỊ thc thư metyl thimol xanh (MTX) 1.3 Các phơng pháp nghiên cøu phøc mµu 13 1.3.1 Phơng pháp trắc quang 13 1.3.2 Phơng pháp chiết - trắc quang .14 1.4 C¸c bíc nghiên cứu phức màu dùng phân tích trắc quang 15 1.4.1 Nghiªn cøu tạo phức đơn đa ligan 15 1.4.2 Nghiên cứu điều kiện tạo phức tối u 16 1.5 Các phơng pháp xác định thành phần phức .19 1.5.1 Phơng pháp tỷ số mol 20 1.5.2 Phơng pháp ®ång hƯ ®ång ph©n tư 21 1.5.3 Phơng pháp Staric- Bacbanel .22 1.6 Cơ chế tạo phức đơn ligan .24 1.6.1 Các cân tạo phức hiđroxo ion kim loại 24 1.6.2 Các trình phân ly cđa thc thư 25 1.7 Các phơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử phức 28 1.7.1 Phơng pháp Komar xác định hệ số phân tử phức 28 1.7.2 Phơng pháp xử lý thống kê đờng chuẩn .30 1.8 Đánh giá kết phân tích .31 Ch¬ng 2: Kü tht thùc nghiƯm 32 2.1 Dông cô thiết bị nghiên cứu 32 2.1.1 Dông cô 32 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu 32 2.2 Pha chÕ hãa chÊt .32 2.2.1 Dung dÞch Zn2+ 10-3M 32 2.2.2 Dung dÞch MTX 33 2.2.3 Dung dÞch EDTA 33 2.2.4 Các dung dịch khác 33 2.3 Cách tiến hành thÝ nghiÖm 33 2.3.1 Dung dịch so sánh MTX 33 2.3.2 Dung dÞch phøc 34 2.3.3 Phơng pháp nghiên cứu 34 2.4 Xử lý kết thực nghiƯm .34 Ch¬ng 3: Kết thực nghiệm thảo luận 35 3.1 Nghiên cứu tạo phức gi÷a Zn2+- MTX 35 3.1.1 Phỉ hÊp thơ cđa electron cđa MTX 35 3.1.2 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phøc cña Zn2+ - MTX 36 3.2 Nghiên cứu điều kiện tối u cho tạo phức Zn2+ - MTX 38 3.2.1 Nghiªn cøu kho¶ng thêi gian tèi u .38 3.2.2 Khảo sát phụ thuộc mật độ quang theo pH .40 3.2.3 Khảo sát lợng d thuèc thö tèi u 41 3.3 Xác định thành phần phức 42 3.3.1 Ph¬ng ph¸p tû sè mol 42 3.2.2 Phơng pháp biến đổi liên tục .45 3.2.3 Phơng pháp Staric-Bacbanel 48 3.4 Nghiên cứu chế tạo phức Zn2+ - MTX 51 3.4.1 Giản đồ phân bố dạng tồn Zn2+ MTX theo pH 51 3.4.2 C¬ chÕ t¹o phøc Zn2+ - MTX 57 3.5 Xác định tham số định lỵng cđa phøc .60 3.5.1 Xác định hệ số hấp thụ phân tử phức Zn2+ - MTX 60 3.5.2 Xác định h»ng sè , Kp cña phøc Zn2+ - MTX .62 3.6 Nghiên cứu khả áp dụng phức màu cho phép xác định định lợng 64 3.6.1 Xây dựng phơng trình đờng chuẩn 64 3.6.2 Khảo sát ảnh hëng cđa mét sè ion c¶n 66 3.6.3 Xác định hàm lợng kẽm mẫu nhân tạo .67 3.7 Đánh giá phơng pháp phân tích Zn(II) thuốc thử MTX 70 3.7.1 Độ nhạy phơng pháp .70 3.7.2 Giới hạn phát cđa thiÕt bÞ .70 3.7.3 Giới hạn phát phơng pháp .71 3.7.4 Giới hạn phát tin cËy 72 3.7.5 Giới hạn định lợng phơng pháp .72 KÕt luËn 74 Tµi liƯu tham kh¶o .76 Phô lôc 82 Lời cảm ơn Luận văn đợc hoàn thành phòng Thí nghiệm Hoá Môi trờng Khoa Hoá - Trờng Đại học Vinh, phòng Hoá nghiệm - Xí nghiệp Dợc phẩm Nghệ An Để hoàn thành luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa đà giao đề tài, tận tình hớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu hoàn thành luận văn - GS.TS Hå ViÕt Q ®· ®ãng gãp nhiỊu ý kiÕn quý báu trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, khoa Hoá học; thầy giáo, cô giáo, cán phòng Thí nghiệm khoa Hóa; cán phòng Hoá nghiệm - Xí nghiệp Dợc phẩm Nghệ An đà giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cung cấp hoá chất, thiết bị dụng cụ dùng đề tài Xin cảm ơn tất ngời thân gia đình bạn bè đà động viên, giúp đỡ trình thực luận văn Vinh, tháng 11/2007 Lê Thị Thuý Vân Mở đầu Ngày với pháp triển mạnh mẽ khoa học, kỹ thuật ngành công nghiệp, ngày nhiều sản phẩm đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao sản xuất ứng dụng thực tiễn vào sống Kẽm nguyên tố có tầm quan trọng nhiều ngành khoa học, ngành công nghiệp đợc ý nghiên cứu từ lâu Trong thiên nhiên, kẽm nguyên tố tơng đối phổ biến với trữ lợng vỏ đất 1,5.10-3% Những khoáng vật kẽm sphalerit (ZnS), calamin (ZnCO3) Kẽm có lợng đáng kể thực vật động vật, thể ngời chiếm 0,001% kẽm Kẽm có enzim cacbanhiđrazơ chất xúc tác trình phân huỷ hiđrocacbon máu đảm bảo tốc độ cần thiết cho trình hô hấp trao đổi khí Kẽm có insulin hocmon có vai trò điều chỉnh lợng đờng máu Kẽm hợp chất đợc ứng dụng nhiều lĩnh vực [1], [9], [11]: gồm lợng kẽm sản xuất hàng năm giới đợc dùng để mạ kim loại, điều chế hợp kim Những năm gần đây, kết cấu để khởi động tên lửa đợc mạ kẽm, kẽm đợc dùng để sản xuất pin khô, làm chất màu vô cơ, sản xuất giấy gia cừu Một số hợp chất kẽm đợc dùng y khoa nh ZnO dùng làm thuốc giảm đau giây thần kinh, chữa eczama, chữa ngứa ZnSO4 đợc dùng làm thuốc gây nôn, thuốc sát trùng, dung dịch 0,1 - 0,5% làm thuốc nhỏ mắt chữa đau kết mạc Với tầm quan trọng nh nên việc nghiên cứu xác định kẽm không mang ý nghĩa khoa học mà mang ý nghĩa thực tiễn Đà có nhiều công trình nghiên cứa xác định kẽm phơng pháp khác tronng đối tợng phân tích nh mü dỵc phÈm, thùc phÈm, níc [26], [32], [37], [44] Có nhiều phơng pháp để xác định kẽm, nhiên tuỳ loại mẫu mà ngời ta sử dụng phơng pháp khác nh: phơng pháp phân tích thể tích, phơng pháp trọng lợng, phơng pháp trắc quang, chiết - trắc quang Trong đó, phơng pháp trắc quang thờng đợc sử dụng có đặc điểm trội nh: có độ lặp lại phép đo cao, độ xác độ nhạy đạt yêu cầu phân tích, bên cạnh phơng pháp dùng máy đo không đắt tiền, dễ bảo quản, dễ sử dụng, cho giá thành rẻ, phù hợp với yêu cầu nh điều kiện phòng thí nghiệm níc ta hiƯn HiƯn ®· cã nhiều công trình nghiên cứu kẽm, nh có nhiều công trình nghiên cứu thuốc thử MTX, song cha có công trình nghiên cứu tạo phức MTX với kẽm cách có hệ thống Xuất phát từ lý chọn đề tài: Nghiên cứu tạo phức kẽm (II) vớiNghiên cứu tạo phức kẽm (II) với metyl thimol xanh (MTX) phơng pháp trắc quang, đánh giá khả ứng dụng định lợng kẽm Để thực đề tài phải giải vấn đề sau: Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đơn ligan Zn (II) với MTX nớc Nghiên cứu điều kiện tối u cho tạo phức Zn(II) - MTX Xác định thành phần phức Zn(II) - MTX Nghiên cứu chế tạo phức Zn(II) - MTX Xác định tham số định lợng: , , Kp Nghiên cứu khả áp dụng phức màu cho phép xác định định lợng Đánh giá phơng pháp phân tích Zn(II) thuốc thử MTX Chơng tổng quan tài liệu 1.1 Giới thiệu nguyên tố kẽm 1.1.1 Vị trí cấu tạo tính chất kẽm [1], [6] Kẽm nguyên tè thc ph©n nhãm phơ nhãm II, thc chu kú 4, số thứ tự 30, khối lợng nguyên tử 65,37đvc, có cấu hình electron [Ar]3d 104s2, bán kính nguyên tử 1,39 A0, bán kính ion 0,83A0, độ âm điện theo Pauling 1,8, điện cực tiêu chuẩn Zn 2+/Zn = - 0,763(V), lợng ion hoá ghi bảng sau Mức lợng ion hoá I1 I2 I3 Năng lợng ion hoá(V) 9,39 17,96 39,70 Do lợng ion hoá thứ tơng đối lớn, trạng thái oxihoa +2 đặc trng kẽm Kẽm nguyên tố tơng đối phổ biến thiên nhiên, trữ lợng kẽm vỏ đất 1,5.10-3% 1.1.2 Tính chất vật lý [1], [6], [11] Kẽm nguyên tố màu trắng, xanh nhạt, nhiệt độ thờng kẽm dòn nhng nấu đến 100 - 1500C trở nên mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo dài Trong không khí ẩm, bị phủ lớp màng oxit ánh kim Dới vài thông số vật lý kẽm: - Khối lợng riêng: 7,13(g/cm3) - Nhiệt độ nóng chảy: 4190C - Nhiệt độ sôi: 9070C - Độ âm điện (Hg=1): 1,6 1.1.3 Tính chất hoá học kẽm [6], [8] Kẽm kim loại tơng đối hoạt động, song nhiệt độ thờng kẽm bền, có màng oxit bảo vệ Trong dÃy điện hoá, kẽm đứng Mg Fe, tính khử Mg > Zn > Fe DÃy điện hoá: Mg2+/ Mg Zn2+/ Zn Fe2+/Fe E0(V): - 1,10 - 0,763 - 0,44  Khi t¸c dơng víi HCl, H2SO4(l) Zn khử ion H+ axit thành H2, đồng thời bị oxihóa thành Zn2+(dới dạng muối) Zn + 2H2O + 2H+ = [Zn(H2O)4]2+ + H2  Khi t¸c dơng với kiềm H2 thoát Zn + 2OH- + 2H2O = [Zn(OH)4]2- + H2 Vậy kẽm nguyên tố lỡng tính Kẽm tan dung dịch kiềm mạnh mà tan dung dịch NH3 Zn + 2H2O + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2 + H2  Khi hoà tan kẽm H2SO4(đ) HNO3 ta thu đợc muối tơng ứng sản phẩm khư kh¸c Zn + H2SO4 = ZnSO4 + SO2(S, H2S) +H2O Zn + HNO3 = Zn(NO3)2 + NO2(NO, N2O, N2, NH4NO3) + H2O Tuỳ vào nồng độ HNO3 mà cho sản phẩm khử khác kẽm tác dụng đợc với phi kim, đặc biệt ®un nãng Zn + Cl2  ZnCl2 2Zn + O2 2ZnO t0 t0 1.1.4 Các phản ứng ion Zn2+ 1.1.4.1 Phản ứng thuỷ phân dung dịch muối Zn2+ Dung dịch chứa ion Zn2+ không màu có ph¶n øng axit yÕu Zn2+ + H2O Zn(OH)+ + H+, K1 + + Zn(OH) + H2O Zn(OH)2 + H , K2 Zn(OH)2 + H2O [Zn(OH)3]- + H+, K3 Zn(OH)3]- +H2O [Zn(OH)4]2- +H+, K4 pH cđa dung dÞch Zn2+ 0,01 M khoảng 5,5 Khi kiềm hoá dung dịch Zn2+ 0,1M đến pH = sÏ cã kÕt tđa tr¾ng Zn(OH)2, kÕt tđa tan kiỊm d ë pH~ 14 cho ion ZnO22- không màu 1.1.4.2 Tác dụng với (NH4)2S (NH4)2S phản ứng đợc với muối trung tính kẽm tạo kết tủa trắng, vô định hình ZnS: Zn2+ + (NH4)2S = ZnS + NH4+ Kẽm sunfua tan đợc axit vô (có tính axit mạnh H 2S, kh«ng tan kiỊm) ZnS + 2H+ = Zn2+ + H2S  ... cứu tạo phức MTX với kẽm mét c¸ch cã hƯ thèng Xt ph¸t tõ lý chọn đề tài: Nghiên cứu tạo phức kẽm (II) vớiNghiên cứu tạo phức kẽm (II) với metyl thimol xanh (MTX) phơng pháp trắc quang, đánh giá. .. phần phức Zn(II) - MTX Nghiên cứu chế tạo phức Zn(II) - MTX Xác định tham số định lợng: , , Kp Nghiên cứu khả áp dụng phức màu cho phép xác định định lợng Đánh giá phơng pháp phân tích Zn(II)... đánh giá khả ứng dụng định lợng kẽm Để thực đề tài phải giải vấn đề sau: Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đơn ligan Zn (II) với MTX nớc Nghiên cứu điều kiện tối u cho tạo phức Zn(II) - MTX Xác định thành