1 Ảnh Hưởng Của Ph Tới
Sự Tạo Phức Sắt III Với
Axit Sùnosalixitic
2MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 4
1. Lí do chọn đề tài 4
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 4
3. Các phương pháp nghiên cứu 4
4. Đối tượng và khách thể của đề tài nghiên cứu 5
5. Giả thuyết khoa học 5
6. Lịch sử đề tài nghiên cứu 5
7. Giới hạn đề tài nghiên cứu 5
NỘI DUNG 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về nguyên tố sắt
1.1.1 Vị trí và cấu tạo của sắt 6
1.1.2 Tính chất vật lý và tính chất hóa học 6
1.1.3 Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế 9
1.1.4 Một số ứng dụng của sắt 10
1.2 Sự tạo phức của sắt với thuốc thử hữu cơ 11

1.7 Đánh giá các kết quả phân tích 21
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.1 Dụng cụ và thiết bị 22
2.2 Hóa chất và cách pha 22
2.3 Cách tiến hành 23
2.4 Phương pháp nghiên cứu 23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Khảo sát phổ hấp thụ của phức 24
3.2 Khảo sát pH tối ưu và ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức 26
3.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến sự tạo phức 27
3.4 Xác định thành phần phức 29
3.4.1. Xác định thành phần phức ở khoảng pH thứ nhất 29
4 3.4.2. Xác định thành phần phức ở khoảng pH thứ hai 33
KẾT LUẬN 38
Tài liệu tham khảo 39

- Biết được vai trò của phương pháp trắc quang trong hóa học phân tích.
- Xác định thành phần của phức sắt (III) với axit sunfosalixilic bằng phương pháp trắc
quang.
- Vận dụng phương pháp này trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo
phức của Fe
3+
với axit sunfosalixilic (SSal)
2.2 .Nhiệm vụ:
Đề tài cần thực hiện các nhiệm vụ trọng tâm sau:
- Nghiên cứu phương pháp trắc quang trong hóa học phân tích.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe
3+
với axit sunfosalixilic (SSal)
3. Các phương pháp nghiên cứu
+ Nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các tài liệu, các trang web, bài viết,….có liên quan
+ Nghiên cứu thực nghiệm:
6 - Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của máy đo mật độ quang
+ Nghiên cứu toán học: vẽ biểu đồ, đồ thị, phương pháp lấy giá trị trung bình, công
thức toán học thống kê,….
4. Đối tượng và khách thể của đề tài nghiên cứu
4.1 .Đối tượng:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng của pH
4.2 .Khách thể:
Sự tạo phức của Fe
3+
và axit sunfosalixilic (SSal )
5. Giả thuyết khoa học

trái đất, chiếm 1,5% khối lượng vỏ trái đất.
Kí hiệu : Fe
Số thứ tự: 26
NTK : 55,847
Cấu hình electron: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6
4s
2
Sắt ở ô thứ 26 , thuộc chu kỳ 4 và ở phân nhóm phụ VIII
B

1.1.2 Tính chất vật lý và tính chất hóa học
1.1.2.1. Tính chất vật lí:
Sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng và gia công cơ học. Sắt có tính
dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Dưới 800
0
C sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành
nam châm (tạm thời).
Sắt có 4 dạng thù hình ( dạng α , β , γ ,δ ) bền ở những khoảng nhiệt độ nhất định:
Fe (α)


Các hằng số vật lý quan trọng của sắt:
Độ dẫn
điện(Hg=1)

t
o
s
(
o
C)

t
o
nc
(
o
C)

BKNT
(A
o
)
Độ âm
điện
KLR
(g/cm
3
)


hơi ẩm, chúng không tác dụng rõ rệt với những nguyên tố không – kim loại điển hình
như O
2
, S , Cl
2
, Br
2
vì có màng oxit bảo vệ. Nhưng khi đun nóng, phản ứng xảy ra
mãnh liệt, nhất là khi kim loại ở trạng thái chia nhỏ.
Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe
2
O
3
và ở nhiệt độ cao hơn, tạo nên
Fe
3
O
4
:
3Fe + 2O
2


0
t
Fe
3
O
4


570
FeO + H
2

93Fe + 4H
2
O

 
 C
0
570
Fe
3
O
4
+ 4H
2

Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe
2+
và Fe
3+
. Muối Fe
2+
được tạo thành khi hòa tan
sắt trong dung dịch axit loãng trừ axit HNO

nước ở nhiệt độ thường, thu được tinh thể hidrat FeSO
4
.7H
2
O. Tinh thể FeSO
4
.7H
2
O
có màu lục nhạt, nóng cháy ở nhiệt độ 64
0
C, dễ tan trong nước và rượu. Khi đun nóng
tinh thể FeSO
4
.7H
2
O mất dần nước và trở thành muối khan FeSO
4
. Ở nhiệt độ cao hơn
(>580
0
C) muối khan bị phân huỷ thành oxit:
FeSO
4

 
 C
0
580
Fe

. Đa số muối Fe
3+
dễ tan
trong nước, cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H
2
O)
6
]
3+
màu tím nhạt. Khi kết tinh từ
dung dịch nước, muối Fe
3+
thường ở dạng tinh thể hidrat như: FeCl
3
.6H
2
O,
Fe(NO
3
)
3
.9H
2
O

màu nâu vàng, phèn sắt (NH
4
)Fe(SO
4
).12H

O
3
không
tan trong nước, có thể tan một phần trong kiềm đặc hay cacbonat kim loại kiềm nóng
chảy.
10 Ion Fe
3+
trong dung dịch tác dụng với ion SCN
-
tạo nên một số phức thioxianat. Hoá
phân tích thường sử dụng phản ứng này để định tính và định lượng Fe
3+
ngay cả trong
dung dịch loãng.
Kaliferixianua (K
3
[Fe(CN)
6
]) là một trong các phức bền nhất của sắt. Kaliferixianua
là chất dạng tinh thể đơn tà, màu đỏ thường được gọi là muối đỏ máu. Phức này dễ tan
trong nước, cho dung dịch màu vàng và rất độc. Kaliferixianua là một thuốc thử thông
dụng trong phòng thí nghiệm để nhận biết Fe
2+
trong dung dịch:
FeCl
2
+ K

Fe (5,8%) ,
56
Fe (91,8%) ,
57
Fe (2,15%) ,
58
Fe (0,25%). Ngoài ra sắt còn có tám đồng vị phóng xạ:
51
Fe (τ=0,25 giây) ,
52
Fe
(τ=8,27 giờ),
53
Fe (τ=258,8 ngày) ,
55
Fe (τ=2,7 năm) ,
59
Fe (τ=44,6 ngày) ,
60
Fe
(τ=1,5.10
6
năm) ,
61
Fe (τ=182,5 ngày) ,
62
Fe (τ=68 giây). Những khoáng vật quan
trọng của sắt là manhetit (Fe
3
O

bệnh thiếu máu do thiếu hụt sắt. Các triệu chứng của bệnh thiếu máu do thiếu sắt là:
mệt mỏi, tính lãnh đạm, yếu ớt, đau đầu, ăn không ngon và dễ cáu giận.
Việc thừa sắt trong cơ thể cũng có những tác hại như việc thiếu sắt. Nếu lượng sắt
trong cơ thể thừa nhiều, chúng gây ảnh hưởng có hại cho tim, gan, khớp và các cơ quan
khác, nếu tích trữ quá nhiều có thể gây nguy cơ bị ung thư. Những triệu chứng biểu
hiện sự thừa sắt có thể thấy là:
- Tư tưởng bị phân tán hoặc mệt mỏi
- Mất khả năng điều khiển sinh lí
- Bệnh về tim hoặc tim bị loạn nhịp đập
- Chứng viêm khớp hoặc đau các khớp.
- Bệnh thiếu máu không phải do thiếu sắt.
- Bệnh về gan hoặc ung thư gan.
- Tắt kinh sớm (ở nữ giới) hoặc bệnh liệt dương (ở nam giới).
Trong hầu hết các ngành kĩ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng sắt và
hợp kim của sắt. Như chúng ta biết, trong công nghiệp các hợp kim của sắt đóng vai trò
chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy,
dụng cụ sản xuất và đồ dùng hằng ngày,… FeSO
4
được dùng để chống sâu bọ có hại
cho thực vật, được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ và trong nhuộm
12vải; nó còn dùng để tẩy gỉ kim loại và có khả năng hoà tan Cu
2
S tạo thành CuSO
4
được
dùng để điều chế đồng bằng phương pháp thuỷ luyện. Sắt là nguyên tố quan trọng cho
sự sống và công nghiệp. Vì thế người ta tìm nhiều cách thức và phương pháp để tách

3+
trong môi trường kiềm.
Đối với Fe
3+
, tùy thuộc vào pH mà phức tạo thành có thành phần như thế nào và
ở các bước sóng khác nhau:
pH Môi trường

Phức Màu λ
max
(nm)
1,8 - 2,5 axit Fe[SSal]
+
Đỏ tím 510
4 - 8 Đệm axetat

[Fe(SSal)
2
]
-

Đỏ da cam 490
9 - 11 Đệm amoni

[Fe(SSal)
3
]
3-

Vàng da cam

2

hoặc (NH
4
)S
2
O
8
càng làm cho cường độ màu và độ bền màu của phức giảm đi. Khi
nồng độ SCN
-
lớn không những nó làm tăng độ nhạy của phép đo mà còn loại trừ được
ảnh hưởng của các ion F
-
, PO
4
3-
và một số anion khác tạo phức được với ion Fe
3+
.
Trong môi trường axit có những ion gây ảnh hưởng đến việc xác định Fe
3+
bằng SCN
-

như C
2
O
4
, F

có giới hạn phát hiện kém, độ chính xác thấp
mà được sử dụng rộng vì phương pháp này đơn giản, nhanh, áp dụng được trong các
dung dịch axit mạnh và chi phí của nó tương đối thấp. Phương pháp này xác định được
hàm lượng sắt từ 1 – 10 ppm. Người ta cũng đã sử dụng phức của Fe
3+
với SCN
-
để
chiết lên dung môi hữu cơ nhằm tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định Fe
2+
.
Trong nghiên cứu này các tác giả đã nghiên cứu thành công phép chiết Fe
2+
- SCN
-

bằng chất chiết tetrabutyl amoni sunfat (TBAS) bằng dung môi clorofom. SCN
-
là một
trong số ít các thuốc thử vô cơ được dùng để xác định sắt.
Cũng dựa trên các cơ sở các nghiên cứu trước về sự tạo phức màu của Fe và SCN
-
,
gần đây một số tác giả đã đề xuất một số phương pháp xác định sắt tổng và Fe
3+
trong
nước mưa ở nồng độ cỡ ppb. Đây là phương pháp xác định sắt đơn giản, có độ nhạy và
độ chọn lọc cao. Phương pháp này dựa trên phản ứng tạo màu giữa Fe
3+
và SCN

.

N
N
Fe
2+
N
N
Fe
2+
/3

Phức này hoàn toàn bền, cường độ màu không thay đổi trong khoảng pH từ 2 – 9
và phức có λ
max

= 510 nm. Một số nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình này như: bạc, sắt
do tạo nên kết tủa; Cd, Hg và Zn tạo phức khó tan với thuốc thử đồng thời làm giảm
cường độ màu của phức sắt ; Be , Sn, Cu, Mo cũng gây ảnh hưởng và các nguyên tố
này có thể hạn chế ảnh hưởng bằng cách điều chỉnh pH trong khoảng hẹp như : Hg
có thể có mặt 10 ppm (pH từ 3 – 9), Be có thể có khoảng 50 ppm (pH từ 3 – 5,5), Co
có khoảng 10 ppm (pH từ 2 - 5), Sn
2+
không quá 20 ppm (pH từ 2 – 3), Sn
4+
nhỏ hơn
50 ppm (pH = 2,5) đều không cản trở sự tạo màu của phức giữa sắt và thuốc thử.
Fe
3+
cũng tạo phức với o – Phenantrolin, phức này có màu xanh lục nhạt ở

ảnh hưởng cho việc xác định sắt bằng thuốc thử này.
1.2.2.4 .Thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN)
Thuốc thử tạo phức với sắt được nghiên cứu trong môi trường kiềm ở pH tối ưu 6 –
8, phức bền theo thời gian và phức có thành phần Fe : R là 1 : 2 ở λ
max

= 565 nm ,
ε = 2,7.10
4
.
N
N = N
Fe
O
H2O
H2O
N
N = N
O

1.2.2.5 .Thuốc thử 4- (2- pyridylazo) rezocxin ( PAR )
Thuốc thử PAR có công thức cấu tạo như sau:
16
N=N
OH
H
O

(pH<2,1)

N N
N
OH
HO
H
2
R (pH=2,1-4,2)N N
HO
N
O
-
HR
-
(pH= 4,2- 9)
K
1
=10
-5,6

N N
-
O
N
O
-

4
.
λ
max

= 720 nm .
1.2.2.6 .Thuốc thử trioxyazobenzen (TOAB)
Phức màu Fe
3+
- TOAB tạo thành tốt nhất ở pH = 8 – 12 , phức bền với thời gian ,
có độ nhạy cao, có λ
max

= 452 nm và 610 nm, ε = 4,3.10
4
. Phức có thành phần
Me:R=1:2. Trong môi trường kiềm phức màu mang điện tích âm, sau khi thêm
tetrabutyl amoni clorua để trung hòa điện tích thì phức có thể được chiết bằng một số
dung môi chứa oxi, đặc biệt là ancol iso – amylic. Theo phương pháp này hàm lượng
sắt được xác định là 1,1 – 6 μg/l với sai số 2 – 8 %.
17N
N
O-
O
O
Fe
N

SO
3
H
OH
COO
-
SO
3
H
2-hydroxy-5-sulfobenzoate
OH
COOH
SO
3

-

2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid
2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid
2-hydroxy-5-sulfobenzoate

Axit sunfosalixilic (axit 2-hydroxy-5-sunfobenzoic hay axit salixylsunfonic viết tắt
là SSal) là một loại thuốc thử hữu cơ tinh thể màu trắng hay hồng, là một axit bền với
chất oxi hóa, có độ tan lớn trong nước, dễ hút ẩm hay kết tinh thành khối. Nhuộm
hồng khi có vết Fe.
Loại không nước nóng chảy ở 120
o
C, có bị phân hủy một phần. Khi hấp thụ ẩm
trong không khí thì nhiệt độ nóng chảy giảm xuống 110
o

3
trong dung dịch. Các ion tactrat,
xitrat, oxalat, pyrophotphat có thể ảnh hưởng đến quá trình kết tủa sắt hoàn toàn. Khi
có mặt các ion đó, ta cho kết tủa với S
2-
trong đó có lượng nhỏ cadimi. Nhưng phương
pháp này không được đánh giá cao vì sunfua các kim loại ít tan trong (NH
4
)
2
S dư. Khi
kết tủa sắt bằng (NH
4
)
2
S có mặt tactrat ta có thể tách sắt ra khỏi titan, uran, vanadi,
photphat và một số nguyên tố khác.
1.4.2.Phương pháp trắc quang
Phương pháp trắc quang được dùng phổ biến để xác định sắt. Sau đây là một số
thuốc thử mà các nhà phân tích đã nghiên cứu.
Xác định sắt bằng phương pháp trắc quang và chiết trắc quang
Thuốc thử dư Độ nhạy

λ
max

pH xác Th
ời gian biến
Ảnh hưởng
19

3 1 ngày Có
Mercapto axetic axit

0,014 540

7-12 Vài giờ Không
Muối nitro-R 0,0023

720

3,9-5,1

6 giờ Không
o-Phenantrolin 0,007 508

2-9 1 ngày Không
Axit salixilic 0,03 520

2,5-2,7

2-3 ngày Có
Axit sunfosalixilic 0,01 430

7 Hơn 1 ngày Không
Thioxianat 0,008 480

Axit Giảm Có
Thioxiant/nước -
axeton
0,004 482

dễ dàng tính được
lượng sắt trong dung dịch.

201.4.4.Các phương pháp khác xác định sắt
Một số phương pháp khác xác định sắt như: phương pháp sắc ký ion , phương pháp
hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, phương pháp Vôn Ampe,…Tuy nhiên các phương pháp
này có chi phí cao, dẫn đến giá thành cao và ít được sử dụng.
1.5. Các phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự tạo phức của
Fe(III) với axit sunfosalixilic bằng phương pháp trắc quang
Xác định thành phần phức:
1.5.1.Phương pháp hệ đồng phân tử gam ( phương pháp biến đổi liên tục, phương
pháp Oxtromưxlenko-Job )
Chuẩn bị hai dãy dung dịch có nồng độ hằng định.
 Dãy dung dịch 1: C
Fe
3+ + C
SSal
= a M
 Dãy dung dịch 2: C
Fe
3+
+ C
SSal
= b M
Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch ở các điều kiện tối ưu và so sánh với
mẫu trắng tại bước sóng 
max

1.6.1.Phương pháp hệ đồng phân tử gam
Phương pháp này được sử dụng rất phổ biến để xác định thành phần của phức màu.
Pha một dãy dung dịch: C
Fe
3+
= C
SSal
và có C
Fe
3+
+ C
SSal
= const ( ở cùng các điều
kiện tối ưu) .
Đo mật độ quang của các dung dịch , ta có đồ thị:
21 1.6.2.Phương pháp xử lí thống kê đường chuẩn
Khi nghiên cứu sự phụ thuộc mật độ quang và nồng độ của phức sẽ thiết lập
được phương trình đường chuẩn có dạng:








22
2
)(.

ii
iiiii
CCn
ACCAC
b
1.6.3.Phương pháp Komar
Phương trình: M + qHR  MR
q
+ qH
+
, K
cb

Điều kiện để áp dụng phương pháp Komar:
- Đã biết được thành phần phức
- Đã nghiên cứu cơ chế của phản ứng tạo phức từ đó viết được phương trình của
phản ứng tạo phức.
- Nhiệt độ, pH, lực ion, bề dày cuvet và bước sóng không đổi.
- Nồng độ ban đầu của các cấu tử tác dụng có thể thay đổi nhưng luôn đảm bảo tỷ lệ:

4
, … X
i
ta sẽ có:
- Hàm lượng trung bình:
n
X
X
i


- Phương sai:


1
2
2




n
XX
S
i

- Độ lệch chuẩn trung bình:
n
S
S

với t
p;k
nếu t
tn
< t
p;k
thì
aX 
là do nguyên nhân ngẫu nhiên hay kết quả
phân tích là tin cậy và chấp nhận được.
- Sai số tương đối: 100.
.
100.%
;
X
St
X
q
X
kp

 23CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ và thiết bị

- Muối NaNO
3
.
2.2.2.Cách pha hóa chất:
+ Dung dịch gốc Fe
3+
10
-3
M: cân một lượng chính xác FeCl
3
.6H
2
O rồi thêm nước
cất đến vạch của bình định mức 250 ml, ta sẽ thu được dung dịch Fe
3+
có nồng độ 10
-3

M . Xác định lại dung dịch bằng phương pháp chuẩn độ Complexon với chỉ thị SSal ở
pH = 2,5 – 3,0.
24 + Dung dịch thuốc thử axit SSal 10
-3
M: cân một lượng chính xác axit SSal
(C
7
H
6

3
để giữ
lực ion, thêm đệm, sau đó hút một thể tích chính xác Fe
3+
, thêm nước cất đến vạch
định mức.
Để 20 phút rồi đo mật độ quang của phức tạo thành.
2.4 Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp trắc quang xác định các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức
(λ
tư
, pH
tư
,…) sử dụng điều kiện tối ưu để xác định thành phần của phức Fe (III) –
SSal ở các pH khác nhau, từ đó xét ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức. 25CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát các phổ hấp thụ
Xác định phổ của dung dịch và phức tạo thành:
Chuẩn bị:
- Dung dịch Fe(III) có nồng độ:
3

400 0,194 0,224
410 0,211 0,241
420 0,224 0,263
430 0,260 0,296
440 0,284 0,336
450 0,311 0,362
460 0,345 0,382
470 0,368 0,400
480 0,390 0,404
490
0,400
0,414
500 0,404
0,392