Giáo trình thuốc thử hữu cơ và cơ chế phản ứng trong hóa phân tích

MỤC LỤC

LÝ THUYẾT VỀ LIÊN KẾT PHỐI TRÍ

LÝ THUYẾT VỀ TRƯỜNG TINH THỂ

Nếu như 6 ion F- bao quanh ion Ti4+ trong [TiF6]2- phân bố trên cùng một khoảng cách tới 5 quỹ đạo d của Ti4+ thì tất cả các quỹ đạo d đặc trưng ứng với cùng một giá trị năng lượng (chúng bị suy biến) năng lượng tương ứng lớn hơn so với năng lượng vốn có của ion Ti4+ tự do. Thuyết trường tinh thể đề nghị mô hình tốt hơn vì thuyết này đã giả thuyết rằng những điện tử d tạo thành đám mây điện tử không phải có dạng hình cầu do xu hướng tránh những vị trí mà phối tử đã chiếm giữ (những điện tử này tạo thành những đám mây điện tử không có hình dạng hình cầu bằng cách tự sắp xếp một cách lựa chọn vào những quỹ đạo có giá trị năng lượng thấp, hướng vào giữa những phối tử).

Bảng 2.1. Năng lượng ổn định hóa bởi trường tinh thể đối với những ion kim loại  trong phức bát diện
Bảng 2.1. Năng lượng ổn định hóa bởi trường tinh thể đối với những ion kim loại trong phức bát diện

THUYẾT QUĨ ĐẠO PHÂN TỬ (MO)

Trên hình 2.13: a < c và như vậy có nghĩa là mức độ xen phủ những quỹ đạo của các nguyên tử A và B trong không gian không lớn trong trường hợp 1s, còn trong trường hợp của những quỹ đạo 2s thì lớn hơn vì chúng trải dài ra xa hạt nhân hơn. Trong liên kết σ phối tử sử dụng như là một baz Lewis và đưa đôi điện tử của mình vào quỹ đạo trống eg (ở hình 2.15,. Trong liên kết π ion CN- xử sự như là một acid Lewis và nhận điện tử từ những quỹ đạo t2g đã hoàn thành của kim loại , từ quỹ đạo dxy).

Hình 2.10. Sự tạo thành quỹ đạo phân tử theo phương pháp ЛKAO
Hình 2.10. Sự tạo thành quỹ đạo phân tử theo phương pháp ЛKAO

HÌNH DẠNG HÌNH HỌC CỦA CÁC HỢP CHẤT PHỐI TRÍ

Như vậy, chúng ta đã thấy sự thay đổi cấu trúc bát diện do những điện tử d gây nên, những phức kim loại có thể có cấu trúc tứ diện nhưng nó ít phổ biến hơn phức bát diện và những dạng bát diện thay đổi. Những phức tứ diện spin thấp không cần phải bàn luận gì tới, vì những ví dụ về những phức chất loại này không có lẽ sự tách mức bởi trường tinh thể (∆t) trong phức tứ diện quá nhỏ không đủ làm cho những điện tử ghép đôi.

Hình 2.16. Những hợp chất minh họa một số cấu hình của phức kim loại.
Hình 2.16. Những hợp chất minh họa một số cấu hình của phức kim loại.

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG PHỐI TỬ

Số phối trí 4 được quan sát thấy chủ yếu ở những phức chất của những anion tương đối lớn như Cl, Br, I và O2 hoặc là của những phân tử trung hòa có thể tích lớn. Phối tử có hai hoặc nhiểu nhóm nhường electron, có thể có nhiều hơn một cặp electron dùng chung với ion kim loại bằng 2 hay nhiều hơn liên kết phối trí xung quanh ion kim loại.

SỰ ÁN NGỮ KHÔNG GIAN VÀ ĐỘ CHỌN LỌC

Những phối tử này phải định cư trong phân tử tại những vị trí mà có thể tạo với kim loại những vòng 5 hoặc 6 cạnh.

ĐỘ BỀN CỦA HỢP CHẤT PHỐI TRÍ

[M] Nồng độ ion kim loại Mn+ tự do trong dung dịch , [M’] tổng nồng độ ion kim loại M trong dung dịch.

ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG TRONG THUỐC THỬ HỮU CƠ

Công nhận cấu tạo của thuốc thử hữu cơ và kiến trúc điện tử của ion vô cơ quyết định cơ chế phản ứng giữa chúng thì chúng ta không thể công nhận có một nhóm nguyên tử nào (trong thuốc thử hữu cơ) lại chỉ phản ứng với một ion mà lại không có phản ứng với những ion khác có kiến trúc điện tử tương tự. Quan điểm trên chẳng những rất đúng đắn về mặt lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tế lớn bởi vì nếu công nhận có những nhóm nguyên tử đặc trưng chỉ phản ứng với một ion thì những nhà phân tích hay hoá học nói chung sẽ chạy theo phương hướng tổng hợp ra những thuốc thử chỉ phản ứng với một ion nào đó mà thôi mà điều đó về nguyên tắc là không thể thực hiện được (Trường hợp iodide phản ứng với hệ tinh bột chỉ là một ngoại lệ có một không hai).

Bảng 3.1: Nhóm họat tính phân tích
Bảng 3.1: Nhóm họat tính phân tích

NHỮNG LUẬN ĐIỂM LÝ THUYẾT VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG GIỮA THUỐC THỬ HỮU CƠ VÀ ION VÔ CƠ

    Tóm lại, chúng ta đã nêu lên sự tương tự giữa phản ứng thuỷ phân với phản ứng tạo phức của những thuốc thử hữu cơ chứa nhóm –OH, sự tương tự giữa phản ứng tạo sunfua với phản ứng tạo phức của những thuốc thử hữu cơ của nhóm SH, sự tương tự giữa những thuốc thử loại RaSO3H2 với H3AsO4, sự tương tự giữa những phản ứng tạo ammoniac với phản ứng của những thuốc thử hữu cơ chứa nhóm amine. Sự phân bố các kim loại cũng như sự phân bố của thuốc thử giữa hai chất lỏng không trộn lẫn xảy ra phù hợp với định luật phân bố Nernst, theo định luật này thì tỷ số các hoạt độ (hay ở lực ion cố định) là các nồng độ cân bằng của một dạng xác định của chất phân bố giữa dung dịch nước và dung dịch hữu cơ không trộn lẫn, ở nhiệt độ hằng định là một đại lượng hằng định.

    THUỐC THỬ PHỐI TRÍ O – O

    ML2- (xanh – tím)

      Các thuốc thử này không thể hiện bất kỳ tần số hấp thụ nào trong vùng có thể thấy được, nhưng chỉ ra độ hấp thụ mạnh trong vùng UV, cường độ và hình dạng của thuốc thử phụ thuộc vào bản chất của dung môi vì tỉ số của keto và dạng enol trong hỗn hợp hỗ biến lớn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, phần chiết và tỉ lệ chiết có thể tận dụng bằng cách sử dụng kết hợp phối tử bổ trợ không mang điện như là pyridine hoặc 1,10–phenanthroline hoặc bằng cách chọn dung môi tương đương như MIBK hoặc butanol, thay vì dùng dung môi không hoạt động.

      Bảng 5.5. Chuẩn độ phức chất sử dụng chỉ thị pyrocatechol tím  Ion kim
      Bảng 5.5. Chuẩn độ phức chất sử dụng chỉ thị pyrocatechol tím Ion kim

      THUỐC THỬ O-N

      COOH COOH

      • EDTA VÀ CÁC COMPLEXONE KHÁC 1. Danh pháp

        Điều trở ngại chính của Zincon là thiếu tính chọn lọc và tính ổn định thấp của thuốc thử, vì vậy, phép đo trắc quang với Zincon được ứng dụng với mẫu thử sau khi tách Zn bằng dung môi tách hoặc quá trình trao đổi anion các dấu vết của NTA (nitrilo triacetic acid) ở các mẫu trong môi trường nước có thể được xác định bằng cách đo độ giảm của chất hút. Calgamite (3) cũng thường được cung cấp ở dạng tự do, dạng bột màu tím đậm, dễ tan trong nước cho dung dịch màu đỏ tươi ở pH < 7. Nó sẽ chuyển qua màu xanh ở pH. DIHYDROXYLAZO hợp chất Thuốc. thử Tên Đồng phân Công thức phân tử. nitro–2–naphthol–4–sulfonic acid, muối mononatri; Solochrome Black T, Mordant Black 11, C.I. 1–naphthylazo)–3–naphtoic acid Pat–. Ton và Reeder’s dye Cal Đỏ, HSN, NANA, HHSNNA, NN. phenylazo)–2–naphthol–4–sulfonic acid.

        Bảng 6.1. Cỏc hằng số bền của hệ thống LA–ALC và LA–ALC–F ở 25 o C và à = 0,1  (KNO 3 )
        Bảng 6.1. Cỏc hằng số bền của hệ thống LA–ALC và LA–ALC–F ở 25 o C và à = 0,1 (KNO 3 )

        T HUỐC THỬ N–N

          (3) thường dùng làm thuốc thử huỳnh quang để xác định các chất như Ag, Cd, Pd, Re, Sc, Zn và đất hiếm có hàm lượng vết Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự xuất hiện của màu huỳnh quang trong hỗn hợp tạo phức được hình thành khi có mặt phối tử thứ hai, ví dụ như acid salicylic, acid 2–phenyl–4quinolinecarboxyluc, Eosine, dibromofluorescein hoặc TTA. Như được mô tả ở trước phức chelate của α–dioxime với Ni, Pd(II), Pt(II) không tan trong nước và một vài kim loại khác và chiết có thể chiết ra bằng dung môi hữu cơ chúng ta có thể tách những ion kim loại từ hỗn hợp nhiều kim loại bằng phản ứng kết tủa hoặc hoặc chiết bằng dung môi Ni trong pha hữu cơ có thể chiết bằng dung dịch HCl loãng.

          Bảng 7.3.  Hằng số bền phức của TERPYRIDINE(2)  Điều kiện  Ion kim loại  Log KML  Log K ML 2    Nhiệt độ  à
          Bảng 7.3. Hằng số bền phức của TERPYRIDINE(2) Điều kiện Ion kim loại Log KML Log K ML 2 Nhiệt độ à

          THUỐC THỬ VỚI CẤU TRÚC S

          DITHIZONE VÀ NHỮNG THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ

          Phổ của dithizone trong những loại dung môi hữu cơ biểu diễn thành hai dải phổ khỏ rừ mà nú được quan hệ tới hiện tượng hỗ biến thione (1) và thiol (2), mặc dự nhiệm vụ của mỗi pic thể hiện với một loại tương ứng nhưng chưa dứt khoát. Khi peak thu được của nhiều dithzonate kim loại hiện ra một cách hỗn độn trong một vùng nơi mà đường dithizone tự do được hấp thụ thấp nhất, phép trắc quang thường xác định tại giá trị λmax, độ hấp thu dithizone dư được đền bù bằng việc đo mẫu trắng.

          Bảng 8.1. Phổ hấp thụ trong vùng khả kiến trong các dung môi hữu cơ của dithizone  λ max  (nm)  ε (x10 3 )
          Bảng 8.1. Phổ hấp thụ trong vùng khả kiến trong các dung môi hữu cơ của dithizone λ max (nm) ε (x10 3 )

          THIOXIN

          Thioxin (dạng bazơ tự do) dễ dàng oxy hóa trong không khí (không dễ dàng oxy hóa với HCl và muối Na), trong thị trường những mẫu oxy hóa một cách không hoàn toàn dẫn đến sự nhiễm bẩn với diquinolyl–8,8’–disunfile (M2S) nhưng mẫu này không. Hòa tan 5,5g disulfide trong hỗn hợp 20 ml acid HCl đặc và 6 ml acid H3PO4 50%, đun nóng dung dịch dưới bình hồi lưu trong nitơ khoảng 2 giờ, làm lạnh và lọc dung dịch, thêm vài giọt dung dịch NaOH trong tiến trình bão hòa dòng suối nitơ.

          NATRIDIETHYLDTHIOCARBAMATE VÀ CÁC THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ

          Để hằng số của phức DDTC bền, có những phương pháp gián tiếp dựa trên phản ứng song song với một ion kim loại khác hoặc một phối tử khác thường được sử dụng thay thế để tránh xảy ra sự phân huỷ phức của phối tử và phức kim loại trong dung dịch acid. Những dung môi không được halogen hoá, chẳng hạn như MIBK hoặc alkyl acetate, thì được sử dụng như dung môi tách chiết cho sự cô cạn của mẫu kim loại nặng với hàm lượng thấp khi đó chúng cho những nguyên tử có phổ hấp thu được dùng để xác định hàm lương kim loại.

          THUỐC THỬ HỮU CƠ CHO ANION

          CURCUMIN

          + Dung dịch thuốc thử: dung dịch acid curcumin–oxalic: hoà tan 0,4g curcumin và 50g acid oxalate trong ethanol (> 99%) và định mức thành 1l trữ trong chai nhựa, dung dịch phải được giữ ở nhiệt độ phòng khoảng một tuần trước khi sử dụng. Sự bay hơi của nước khoảng 52 → 58oC, thêm 25ml C2H5OH, để làm khô hoàn toàn và trộn kỹ.Sau đó bỏ phần chất không tan sau khi lọc hoặc ly tâm, chuyển phần dung dịch vào cuvet 1cm và đo độ hấp thu tại bước sóng 550nm.

          Bảng 10.1.  Độ tan khác nhau của amine sulfate  Benzidine  0,098  1,8-Diaminonaphthalene  0,222  4-Amino-4’-chlorobiphenyl  0,155  4,4’-Diaminotoluene  0,059  2-Aminoperimidine  0,020
          Bảng 10.1. Độ tan khác nhau của amine sulfate Benzidine 0,098 1,8-Diaminonaphthalene 0,222 4-Amino-4’-chlorobiphenyl 0,155 4,4’-Diaminotoluene 0,059 2-Aminoperimidine 0,020