Nghiên cứu khả năng xác định đồng thời sắt(II) và coban(II) trong cùng một hỗn hợp bằng thuốc thử nitroso r

Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích trờng đại học vinh khoa: hóa học --------- --------- Đề tài: nghiên cứu khả năng xác định đồng thời sắt(II) và coban(II) trong cùng một hỗn hợp bằng thuốc thử Nitroso R khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên Ngành: Hóa học phân tích Giáo viên hớng dẫn: Th.s Võ thị hoà Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Thế Lớp : 42E Hoá Vinh, tháng 5/2006 Nguyễn Thị Thế 1 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích Mục lục trang Mở đầu . 2 Phần I: Tổng quan. 4 I.1.Đặc điểm chung của hai nguyên tố sắt và coban 4 I.1.1.Nguồn gốc và trạng thái tự nhiên 4 I.1.2.Tính chất vật lý 5 I.1.3.Tính chất hoá học 6 I.1.4.Đặc điểm của ion Fe 2+ và Co 2+ 6 I.1.5.Phức chất của Fe(II) và Co(II) 8 I.1.6.Vai trò của sắt và coban trong công nghiệp và nông nghiệp. 9 I.2.Một số thuốc thử dùng trong phân tích định lợng để xác định sắt và coban 10 I.2.1.Thuốc thử 8 hiđroxiquinolin 10 I.2.2.Thuốc thử đithizon. 11 I.2.3.Thuốc thử Trietanolamin 12 I.3.Thuốc thử muối Nitroso R và phức chất Fe(II) - Nitroso R; Co(II) Nitroso R 12 I.3.1.Thuốc thử Nitroso R . 12 I.3.2.Phức chất Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R 13 I.4.Phơng pháp trắc quang nghiên cứu phức màu 14 I.4.1.Định luật Bughe Lambe . 15 I.4.2.Định luật Beer 16 I.4.3.Định luật hơp nhất Bughe Lambe Beer 17 I.4.4.Định luật cộng tính 17 I.5.Nghiên cứu các điều kiện tối u cho sự tạo thành phức màu 17 I.5.1.Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức mầu đơn phối tử 17 I.5.2.Nghiên cứu xác định khoảng pH tối u. 19 I.5.3.Nghiên cứu khoảng thời gian tối u 21 I.5.4.Nghiên cứu sự ảnh hởng của lực ion ( à ) đến quá trình tạo phức 22 I.6.Phơng pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm. 23 I.6.1.Xử lý kết quả phân tích 23 I.6.2.Xử lý thống kê các đờng chuẩn 23 I.6.3.Kiểm tra kết quả nghiên cứu bằng phơng pháp mẫu chuẩn 24 PhầnII: Thực nghiệm và thảo luận kết quả 26 II.1.Hoá chất Dụng cụ Máy móc 26 II.1.1.Hoá chất 26 II.1.2.Dụng cụ Máy móc. 26 II.2.Pha chế dung dịch để phân tích . 26 II.3.Tiến hành phân tích 27 II.3.1.Tiến hành nghiên cứu các điều kiện tối u cho sự tạo phức Fe(II) 27 Nguyễn Thị Thế 2 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích Nitroso R; Co(II) Nitroso R II.3.1.1.Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức màu đơn phối tử Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R 27 II.3.1.2.Nghiên cứu nồng độ ion kim loại và nồng độ thuốc thử tối u cho sự tạo phức Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R. 31 II.3.1.3.Nghiên cứu pH tối u cho sự tạo phức Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R. 33 II.3.1.4.khảo sát thể tích dung dịch đệm cho sự tạo phức Fe(II) Nitroso R Co(II) Nitroso R. 35 II.3.1.5.Nghiên cứu ảnh hởng của lực ion đến quá trình tạo phức phức Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R 36 II.3.1.6.Nghiên cứu khoảng thời gian tối u cho sự tạo phức Fe(II) Nitroso R; Co(II) Nitroso R. 36 II.3.2.áp dụng các điều kiện tối u để xác định đồng thời hàm lợng Fe(II) và Co(II) trong mẫu chuẩn 38 III.3.2.1.Khảo sát nồng độ ion Co 2+ cản đối với phép định lợng Fe. 38 II.3.2.2.Xây dựng đờng chuẩn sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức Fe(II) Nitroso R . 39 II.3.2.3.Xây dựng đờng chuẩn phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức Co (II) Nitroso R 40 II.3.2.4.Xác định đồng thời hàm lợng Fe(II) và Co(II) trong mẫu nhân tạo bằng cách đo ở các bớc sóng khác nhau 42 II.3.2.5.Xác định đồng thời hàm lợng Fe(II) và Co(II) trong mẫu nhân tạo bằng cách dùng HNO 3 (0,1N) phá phức Fe(II) Nitroso R. 44 Phần III : Kết luận 47 Tài liệu tham khảo 48 Nguyễn Thị Thế 3 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích Lời cám ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo hớng dẫn khoa học thạc sỹ Võ Thị Hoà đã giao đề tài và tận tình hớng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thục hiên luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn hoá phân tích, hoá vô cơCác thầy cô giáo trong ban chủ nhiệm khoa Hoá cùng các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm khoa Hoá học và các nhân viên phòng th viện trờng ĐHV. Bạn bè,ngời thân đã động viên giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các nhà khoa học đã có những đánh giá, nhân xét về bản luận văn này. Tác giả: Nguyễn Thị Thế Mở đầu Từ lâu, ngời ta đã biết sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong trái đất. Ngoài những khoáng vật quan trọng nh Manhetít(Fe 3 O 4 ), Hematít (Fe 2 O 3 ), pirít (FeS 2 ), xiderít (FeCO 3 ), sắt còn là nguyên tố vi lợng trong thực vật. Sắt có vai trò sinh học rất lớn, hồng cầu của máu động vật chứa phức chất hem của sắt. Coban là nguyên tố ít phổ biến hơn nhng nó cũng có những khoáng vật quan trọng nh Cobantin(CoAsS), Smantít(CoAs 2 ). Coban còn là một nguyên tố vi lợng ở trong đất, trong vitamin B 12 . Sắt, Coban và hợp chất của chúng đợc sử Nguyễn Thị Thế 4 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Do đó việc nghiên cứu và sử dụng sắt, coban và hợp chất của chúng ngày càng đợc mở rộng và mang lại lợi ích to lớn. Vì vậy vấn đề xác định chính xác lợng nhỏ sắt, coban trong đối tợng nghiên cứu vẫn đang đợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Một vấn đề đặt ra là sắt, coban và Niken là bộ ba đầu tiên của nhóm VIII B trong bảng hệ thống tuần hoàn. Chúng có những tính chất lý hoá gần giống nhau. Liệu có thể xác định đồng thời Fe và Co trong cùng một đối tợng nghiên cứu hay không? Và bằng phơng pháp nào? Khi xác định sắt, coban ta có thể sử dụng nhiều phơng pháp khác nhau, tuy nhiên phơng pháp trắc quang thờng đợc sử dụng khá phổ biến vì nó có nhiều u điểm sau: Độ lặp lại của phép đo cao, độ nhạy và độ chính xác đạt yêu cầu của phơng pháp phân tích, máy móc đơn giản dễ sử dụng có giá thành phân tích mẫu rẻVì vậy tôi đã chọn phơng pháp trắc quang để nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu khả năng xác định đồng thời Fe(II) và Co(II) trong cùng một hỗn hợp bằng thuốc thử nitroso r Trong đề tài này tôi đặt ra những nhiệm vụ sau. + Tổng quan một số vấn đề liên quan đến nguyên tố sắt và nguyên tố Coban: Trạng thái tự nhiên, tính chất lý hoá, đặc điểm của ion Fe 2+ và Co 2+ , phức chất của sắt(II) và coban(II), vai trò của chúng trong công nghiệp và nông nghiệp. + Tổng quan một số thuốc thử hữu cơ thờng dùng để phân tích sắt(II) và coban(II) bằng phơng pháp trắc quang. + Tổng quan về thuốc thử Nitroso R và phức chất Fe(II) Nitroso R, Co(II) Nitroso R. + Tổng quan về phơng pháp phân tích trắc quang, phơng pháp tìm các điều kiện tối u, phơng pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm. + Nghiên cứu tìm các điều kiện tối u cho sự tạo phức giữa ion Fe(II) và ion Co(II) với thuốc thử Nitroso R. + áp dụng kết quả nghiên cứu để nghiên cứu định lợng đồng thời Fe(II) và Co(II) trong cùng một mẫu phân tích bằng hai phơng pháp. Nguyễn Thị Thế 5 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích - Phong pháp 1: Xác định hàm lợng sắt và coban bằng cách đo A ở các bớc sóng khác nhau. - Phơng pháp 2: Xác định hàm lợng sắt và coban bằng cách dùng axít HNO 3 phá phức Fe(II) Nitroso R. Phần i: tổng quan I.1.Đăc điểm chung của hai nguyên tố sắt và coban[10] I.1.1.Nguồn gốc và trạng thái tự nhiên. Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ 4 sau O, Si và Al. Trữ lợng sắt trong vỏ trái đất là 1,5% tổng số nguyên tử. Sắt là kim loại đợc biết đến từ thời tiền sử, có lẽ nó có nguồn gốc từ vũ trụ. Sắt không có dạng tự do. Nếu không có của trời cho loài ngời từ xa xa đã biết sắt ở dạng tự sinh. Đó là nhờ những thiên thạch sắt rơi xuống trái đất. Chính vì vậy mà trong ngôn ngữ của nhiều dân tộc sắt có liên quan đến trời, thiên thể ngôi sao. Trong quang phổ mặt trời có nhiều vạch đặc trng cho hơi Nguyễn Thị Thế 6 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích sắt. Sắt từ thiên thạch có những tính chất lý hoá rất đặc biệt mà sắt luyện kim không có đợc, nó mềm và màu sắc rất dịu. Trung bình trong 20 thiên thạch rơi xuống có một thiên thạch sắt. Thiên thạch sắt thờng chứa đến 90% sắt. Những khoáng vật quan trọng của sắt là:Manhetit(Fe 3 O 4 ) chứa 72%Fe, Hematit (Fe 2 O 3 ) chứa 60%, Firit (FeS 2 ) và xiderit (FeCO 3 ) chứa 35% Fe. Sắt có vai trò sinh học rất lớn, hồng cầu của máu động vật chứa phức chất hem của sắt. Ngoài ra nó còn là nguyên tố vi lợng trong thực vật. Coban là nguyên tố có trữ lợng trong vỏ trái đất bé 0,001% tổng số nguyên tử. Từ thời cổ đại ngời Ai Cập và ngời Trung Hoa đã chế đợc men màu xanh đẹp để làm những bức khảm. Tuy nhiên mãi đến năm 1735 coban kim loại mới đợc nhà hoá học Thuỷ Điển Bran(G.Branolt) tách ra từ quặng. Một số khoáng vật quan trọng của coban là: cobantin(CoAsS) chứa 35,4%Co Smantit(CoAs 2 ). Trong thiên thạch sắt rơi xuống trái đất chứa 0,5%Co. Ngoài ra coban cũng có vai trò quan trọng trong sinh học Vitamin B 12 là phức chất của coban. Coban cũng là nguyên tố vi lợng trong thực vật. Coban là vật liệu chiến lợc trong kỹ thuật quốc phòng. I.1.2.Tính chất vật lý. Sắt và coban là hai nguyên tố cùng thuộc một phân nhóm VIII B trong bảng hệ thống tuần hoàn. Chúng là những kim loại có ánh kim, có màu trắng xám. Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền 54 Fe, 56 Fe <91,68%> 57 Fe và 58 Fe. Coban có duy nhất một đồng vị bền 59 Co ngoài ra còn có đồng vị nhân tạo 60 Co. Sắt dễ rèn dễ dát mỏng. Coban cứng và dòn hơn. Sau đây là một số hằng số vật lý Hằng số vật lý Sắt <Fe> Coban<Co> 1) Nhiệt độ nóng chẩy 1536 o C 1495 o C 2) Nhiệt độ sôi 2880 o C 3100 o C Nguyễn Thị Thế 7 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích 3) Nhiệt thăng hoa 418kj/mol 425 kj/mol 4) Tỷ khối 7,91 8,90 5) Độ cứng <thang Moxơ> 4 5 5,5 6) Độ dẫn điện <Hg=1> 10 10 Sắt có bốn dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định: FeFeFeFeFe CCCC oooo 15301390911700 lỏng Dạng FeFe , : có kiểu kiến trúc tinh thể kiểu lập phơng tâm khối: Fe có tính sắt từ, Fe có tính thuận từ. Dạng Fe :có kiến trúc tinh thể kiểu lập phơng tâm diện và tính thuận từ. Dạng Fe : có kiến trúc lập phơng tâm khối nh Fe nhng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. Coban có hai dạng thù hình: Co có kiến trúc lục phơng bền ở <417 o C và Co có kiến trúc lập phơng tâm diện bền ở >417 o C. I.1.3.Tính chất hoá học. Sắt, coban là những kim loại có hoạt tính hoá học trung bình. ở điều kiện thờng nếu không có hơi ẩm, chúng không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố phi kim điền hình nh O 2 , S, Cl 2 , Br 2 vì có màng oxít bảo vệ. Nhng khi đun nóng. Phản ứng xẩy ra mãnh liệt<nhất là kim loại ở trạng thái chia nhỏ> Ví dụ: 432 23 OFeOFe O t + NFeNFe FeClClFe O t 22 32 24 232 + + CoNNCo CoClClCo CoOOCo O o t C 22 232 22 2 32 300 2 + + + Fe, Co có tác dụng trực tiếp với khí CO tạo thành cacbonyl kim loại. Fe, Co có tác dụng với axít loãng giải phóng H 2 . Fe thụ động với axít H 2 SO 4 đặc nguội, HNO 3 đặc nguội Fe, Co bền với nớc tinh khiết. Nếu Fe, Co có chứa tạp chất thì bị ăn mòn bởi hơi ẩm, CO 2 và O 2 trong không khí. Nguyễn Thị Thế 8 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích OnHOMOnHOM 23222 . 2 3 2 ++ Fe, Co bền đối với kiềm ở trạng thái dung dịch và nóng chảy. I.1.4.Đặc điểm của ion Fe 2+ và Co 2+ . Nói chung hợp chất sắt (II) dễ biến thành hợp chất sắt(III) khả năng biến đổi nh vậy giảm đối với coban. * Tất cả các oxít EO là chất rắn dạng tinh thể lập phơng kiểu NaCl. Và có thành phần không hợp phức FeO : có màu đen, nóng chảy ở 1360 o C CoO : có màu lục, nóng chảy ở 1810 o C Tất cả các oxít EO khi đun nóng dễ bị khử thành kim loại bởi H 2 , Co, Si, Al, Mg Các oxít EO không tan trong nớc, dễ tan trong dung dịch axít. Chỉ có CoO thể hiện rõ hơn tính lỡng tính, nó tan trong dung dịch kiềm mạnh,đặc tạo nên dung dịch có màu xanh lam chứa ion [Co(OH) 4 ] 2- . Các oxít EO có thể nấu chảy với nhiều oxít kim loại và phi kim tạo nên hợp chất có màu. * Các hiđroxít E(OH) 2 là kết tủa không nhầy, không tan trong nớc, có kiến trúc lớp Fe(OH) 2 có màu trắng, nhanh chóng chuyển thành hỗn hợp Fe(OH) 2 .Fe(OH) 3 màu lục rồi biến thành Fe(OH) 3 màu nâu đỏ. 3222 )(42)(4 OHFeOHOOHFe ++ Co(OH) 2 màu hồng, trong khí quyển chuyển chậm thành Co(OH) 3 màu nâu. Khi đun nóng điều kiện không có không khí biến thành oxít E(OH) 2 tan dễ dàng trong dung dịch axít. Fe(OH) 2 và Co(OH) 2 tan trong kiềm mạnh, đặc, nóng cho Na 4 [Fe(OH) 6 ] màu lục nhạt, Na 2 [Co(OH) 4 ] tím. Fe(OH) 2 không tan trong dung dịch NH 3 . Nhng Co(OH) 2 tan trong dung dịch NH 3 tạo thành phức chất. 26332 )]()([6)( OHNHCoNHOHCo + * Muối E(II) có hầu hết với những ion bền. Nguyễn Thị Thế 9 Khoá luận tốt nghiệp Hoá phân tích Muối khan có màu khác với dạng tinh thể. FeCl 2 FeCl 2 .6H 2 O <trắng> <lục nhạt> CoBr 2 CoBr 2 .6H 2 O <lục> <màu đỏ> Fe 2+ : màu trắng còn có Co 2+ màu đỏ khi tan trong nớc đều cho ion bát diện [E(H 2 O) 6 ] 2+ màu đặc trng [Fe(OH) 6 ] 2+ lục nhạt [Co(H 2 O) 6 ] 2+ đỏ hồng. Tinh thể hichát: Fe(ClO 4 ) 2 .6H 2 O : màu lục FeSO 4 .7H 2 O : màu lục (NH 4 ) 2 FeSO 4 .6H 2 O : màu lục Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O : đỏ _ hồng CoSO 4 : đỏ _ hồng CoCl 2 .6H 2 O : đỏ _ hồng Muối (NH 4 ) 2 FeSO 4 .6H 2 O đợc gọi là muối mo.Tinh thể muối mo có màu lục nhạt, dễ kết tinh, không hút ẩm và bền đối với oxi không khí nên thờng đợc dụng trong hoá học phân tích để pha dung dịch chuẩn của Co 2+ . I.1.5.Phức chất của Fe(II) và Coban(II). Các ion Fe 2+ và Co 2+ tạo nên nhiều phức chất. Các ion đều tạo nên những phức chất bát diện với số phối trí 6.Ion Fe 2+ ít có khuynh hớng tạo nên phức chất tứ diện hơn ion Co 2+ . Các muối Fe(II), Co(II) khan kết hợp với khí NH 3 tạo nên muối phức amoniacat chứa ion bát diện. [E(NH 3 ) 6 ] 2+ Amoniacat sắt (II) kém bền hơn. [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ nâu vàng. Các muối Fe(II) và Co(II) khi tác dụng với dung dịch Xianua kim loại kiềm tạo nên phức kết tủa: Nguyễn Thị Thế 10