Nghiên cứu sự tạo phức đa ligan trong hệ xylenol orange(xo) Sm(III) CCL3COOH bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học vinh Nguyễn thị thế Nghiên cứu sự tạo phức đa ligan trong hệ Xylenol orange(xo) - Sm(iii) - CCl 3 COOH bằng phơng pháp trắc quang và ứng dụng phân tích chuyên ngành: Hóa phân tích mã số: 60.44.29 luận văn thạc sĩ hóa học Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. nguyễn khắc nghĩa Vinh - 2008 2 Lời cảm ơn Luận văn đợc hoàn thành tại phòng thí nghiệm chuyên đề bộ môn Hoá phân tích - Khoa Hoá - Trờng Đại học Vinh. Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS. Nguyễn Khắc Nghĩa đã giao đề tài, tận tình hớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn. - GS.TS. Hồ Viết Quý đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu trong quá trình làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, khoa Hoá học cùng các thầy cô giáo, các cán bộ phòng thí nghiệm khoa Hoá đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp hoá chất, thiết bị và dụng cụ dùng cho đề tài. Xin cảm ơn tất cả những ngời thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện và hoàn thành luận văn. Vinh, tháng 11 năm 2008. Nguyễn thị thế Mục lục Trang Mở Đầu .1 Chơng 1: Tổng quan tài liệu .3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố samari .3 1.1.1Vị trí, cấu tạo trúc electron, trạng thái oxi hoá của samari .3 1.1.2 Tính chất vật lý của samari .4 1.1.3. Tính chất hoá học của samari .4 1.1.4. Khả năng tạo phức của Sm(III) với các thuốc thử 4 1.1.5. Một số ứng dụng của samari .5 1.1.6. Các phơng pháp xác định samari 6 1.2. Thuốc thử XO và khả năng tạo phức của nó với ion kim loại .7 1.2.1. Tính chất của XO 7 1.2.2. Khả năng tạo phức của XO 9 1.3. Axit axetic và các dẫn xuất clo của nó. . .10 1.4. Các bớc nghiên cứu phức màu trong phân tích trắc quang 11 1.4.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức .11 1.4.2. Nghiên cứu các điệu kiện tạo phức tối u 12 1.5. Các phơng pháp xác định thành phần phức đa ligan trong dung dich .15 1.5.1. Phơng pháp chuyển dịch cân bằng 15 1.5.2 Phơng pháp tỷ số mol 17 1.5.3. Phơng pháp hệ đồng phân tử 18 1.5.4. Phơng pháp Staric- Bacbanel 19 1.6. Cơ chế tạo phức đa ligan 22 1.7. Các phơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức 26 1.7.1. Phơng pháp Komar xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức 26 1.7.2. Phơng pháp xử lý thống kê đờng chuẩn 28 1.8. Đánh giá kết quả phân tích .29 1 Chơng 2: Kỹ thuật thực nghiệm .30 2.1.Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 30 2.1.1 .Dụng cụ .30 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu .30 2.2. Pha chế hoá chất30 2.2.1. Dung dịch Sm 3+ (10 -3 M) .30 2.2.2. Dung dịch XO (10 -3 M) .31 2.2.3. Dung dịch axít tricloaxetic(10 -1 M) 31 2.2.4. Dung dịch hoá chất khác .31 2.3. Cách tiến hành thí nghiệm .32 2.3.1. Dung dịch so sánh .32 2.3.2. Dung dịch phức XO- Sm(III)- CCl 3 COOH .32 2.3.3. Phơng pháp nghiên cứu 32 2.4. Xử lý các kết quả thực nghiệm 32 Chơng 3: Kết quả thực nghiệm và thảo luận .33 3.1. Nghiên cứu điều kiện tạo phức của Sm(III) với XO và CCl 3 COOH .33 3.1.1. Phổ hấp thụ của XO .33 3.1.2. Phổ hấp thụ của phc đơn ligan Sm(III)-XO .34 3.1.3. Phổ hấp thụ của phc đa ligan XO- Sm(III)- CCl 3 COOH .35 3.1.5. Khảo sát ảnh hởng của pH đến sự tạo phức .36 3.1.6. Nghiên cứu sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào thời gian 38 3.1.7. ảnh hởng của lợng d thuốc thử XO 39 3.1.8. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ CCl 3 COO - . 40 3.2. Xác định thành phần phức XO- Sm(III)- CCl 3 COOH 42 3.2.1. Phơng pháp tỷ số mol 42 3.2.2. Phơng pháp hệ đồng phân tử .44 3.2.3. Phơng pháp Staric-Bacbanel .45 3.2.4. Xác định thành phần CCl 3 COOH bằng phơng pháp chuyển dịch cân bằng 48 3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức XO- Sm(III)- CCl 3 COOH .49 2 3.3.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của Sm (III) theo pH 49 3.3.2. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của XO theo pH 51 3.3.3. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của CCl 3 COOH theo pH 54 3.3.4. Cơ chế tạo phức XO- Sm(III)- CCl 3 COOH.55 3.4. Xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức theo phơng pháp Komar 57 3.5. Tính các hằng số K p, của phức .58 3.6. áp dụng phơng pháp nghiên cứu vào mẫu nhân tạo .60 3.6.1. Xây dựng đờng chuẩn .60 3.6.2. Nghiên cứu các ion ảnh hởng tới phép xác định Sm(III) 62 3.6.3. Xác định Sm(III) trong mẫu nhân tạo 63 3.7. Đánh giá phơng pháp phân tích trắc quang phức XO-Sm(III)- CCl 3 COOH .64 Kết luận 68 Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục .72 3 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học vinh Nguyễn thị thế Nghiên cứu sự tạo phức đa ligan trong hệ Xylenol orange(xo) - Sm(iii) - CCl 3 COOH bằng phơng pháp trắc quang và ứng dụng phân tích luận văn thạc sĩ hóa học Vinh - 2008 4 Mở đầu Samari là một nguyên tố vi lợng có tầm quan trọng đối với nhiều ngành khoa học, kỹ thuật, hiện nay đang đợc chú ý và nghiên cứu tơng đối sâu rộng. Samari là một kim loại có từ tính mạnh khác thờng nên đợc sử dụng chế tạo nam châm vĩnh cửu. Những nam châm làm bằng hợp chất của samari nh SmCo 6 , Sm 2 Co 17 và SmFeCu có từ tính mạnh gấp 5-6 lần nam châm bằng sắt. Nh vậy nam châm bằng samari cho phép thu nhỏ động cơ điện. Điều này đặc biệt quan trọng đối với việc chế tạo các thiết bị trên máy bay và tàu vũ trụ. Ngoài ra Sm và hợp chất của nó còn đợc sử dụng trong phim ảnh, làm đèn hồ quang, làm thanh điều chỉnh lò phản ứng hạt nhân,làm điện cực cho tắc te đèn ống . Samari là nguyên tố thuộc nhóm nguyên tố đất hiếm nhẹ (Lantanoit nhẹ). Trong tự nhiên, các lantanoit có các khoáng vật quan trọng là monazit, batnesit .Những nớc giàu khoáng vật của đất hiếm nh: Nga, Mỹ, ấn Độ, Canada và Nam Phi. Việt Nam là một trong những nớc giàu khoáng vật đất hiếm nh ở Nậm Xe (Cao Bằng), ở ven biển miền Trung . Nguyên tử của nguyên tố samari có nhiều obitan trống nên nó tạo phức bền với nhiều phối tử vô cơ và hữu cơ. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự tạo phức của samari với các thuốc thử khác nhau. Tuy nhiên, qua việc nghiên cứu tài liệu cho thấy cha có một công trình nào công bố về nghiên cứu sự hình thành phức đa ligan của samari với thuốc thử xilen da cam và axít tricloaxetic, đặc biệt là trong môi trờng axit. Hiện nay đã có rất nhiều phơng pháp để xác định samari. Tuy nhiên, tuỳ vào lợng mẫu mà ngời ta có thể sử dụng các phơng pháp khác nhau nh: phơng pháp phân tích thể tích, phơng pháp phân tích trọng lợng, phơng pháp phân tích trắc quang, phơng pháp điện thế . Nhng phơng pháp phân tích trắc quang là phơng pháp đợc sử dụng nhiều vì những u điểm của nó nh: có độ lặp lại cao, độ chính xác và độ nhạy đảm bảo yêu cầu của một phép phân tích, mặt khác, phơng pháp này lại chỉ cần sử dụng những máy đo, thiết bị không quá đắt, dễ 5 bảo quản và cho giá thành phân tích rẻ rất phù hợp với điều kiện của các phòng thí nghiệm ở nớc ta hiện nay. Xuất phát từ tình hình thực tế trên chúng tôi đã chọn đề tài: " Nghiên cứu sự tạo phức đa ligan trong hệ Xylenol orange (XO) - Sm(III) - CCl 3 COOH bằng phơng pháp trắc quang và ứng dụng phân tích" để làm luận văn tốt nghiệp của mình. Thực hiện đề tài này chúng tôi giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Nghiên cứu đầy đủ về sự tạo phức XO -Sm(III) - CCl 3 COOH. Khảo sát hiệu ứng tạo phức đơn và đa ligan. Tìm các điều kiện tối u cho sự tạo phức. Xác định thành phần phức bằng các phơng pháp độc lập khác nhau. Xác định phơng trình cơ chế tạo phức và các tham số định lợng của phức. 2. Xây dựng phơng trình đờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ phức. 3. Xác định hàm lợng Sm trong mẫu nhân tạo. 4. Đánh giá độ nhạy của phơng pháp trắc quang trong việc định lợng Sm bằng thuốc thử XO và CCl 3 COOH. Chơng 1 : 6 Tổng quan tài liệu 1.1. Giới thiệu về samari. 1.1.1. Vị trí, cấu trúc electron, trạng thái oxi hoá [ 7,14,19]. Samari tên khoa học là Samarium, đợc nhà hoá học ngời pháp Lơcoc đơ Boabođrăng (Lecoq de Boisbaudran, 1838-1912) phát hiện năm 1878 trong khoáng vật do kỹ s Samacki (Samarki) tìm thấy trong vùng núi Uran. Samari là nguyên tố ở ô thứ 62 thuộc nhóm IIIB, chu kì 6, có các trạng thái oxi hoá +2, +3. Trong đó trạng thái oxi hoá +3 của samari là đặc trng nhất. Bảng 1.1: Đồng vị của Samari Đồng vị Khối lợng nguyên tử % trong trái đất Sm-144 143,912 3,1 Sm-147 146,915 15,0 Sm-148 147,915 11,3 Sm-149 148,917 13,8 Sm-150 149,917 7,4 Sm-152 151,920 26,7 Sm-154 153,922 22,7 Ký hiệu Số thứ tự Khối l- ợng nguyên tử Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (A o ) Độ âm điện (Pauling) Năng l- ợng ion hoá thứ 1 (eV) Năng l- ợng ion hoá thứ 2 (eV) Năng l- ợng ion hoá thứ 3 (eV) Sm 62 150,35 [Xe]4f 6 6s 2 1,802 1,17 5,61 11,06 23,69 Nhiệt nóng chảy 10,9 kJ mol -1 Nhiệt hoá hơi 164,8 kJ mol -1 Nhiệt thăng hoa 207 kJ mol -1 Thế điện cực chuẩn -2,41 V 7