TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

********

NGÔ THỊ THANH

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA
Zn(II) VỚI MUREXIT BẰNG
PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hoá học phân tích

HÀ NỘI - 2012


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
********

NGÔ THỊ THANH

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA
Zn(II) VỚI MUREXIT BẰNG
PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hoá học phân tích

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

Ngô Thị Thanh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 3
1.1. Kẽm............................................................................................................ 3
1.1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố kẽm. ....................................................... 3
1.1.2. Tính chất vật lý của kẽm. ........................................................................ 4
1.1.3. Tính chất hóa học của kẽm. .................................................................... 5
1.1.4. Khả năng tạo phức của kẽm. ................................................................... 8
1.1.5. Một số phương pháp xác định kẽm. ........................................................ 9
1.1.6. Vai trò sinh học và ứng dụng của kẽm. ................................................. 12
1.2. Thuốc thử Murexit. ................................................................................ 13
1.2.1. Cấu tạo và tính chất của Murexit. ......................................................... 13
1.2.2. Khả năng tạo phức của Murexit. ........................................................... 14
1.2.3. Ứng dụng của Murexit. ......................................................................... 15
1.3. Các phƣơng pháp xác định thành phần của phức trong dung dịch. 15
1.3.1. Phương pháp tỷ số mol.......................................................................... 15
1.3.2. Phương pháp hệ đồng phân tử............................................................... 16
1.4. Các phƣơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức. ........... 18
1.4.1. Phương pháp Komar. ............................................................................ 18
1.4.2. Phương pháp đường chuẩn.................................................................... 20
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................... 21
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu. ........................................... 21
2.1.1. Hóa chất................................................................................................. 21
2.1.2. Dụng cụ. ................................................................................................ 21
2.1.3. Thiết bị nghiên cứu. .............................................................................. 21
2.2. Kỹ thuật thực nghiệm. ........................................................................... 21
2.2.1. Pha hóa chất. ......................................................................................... 21

Bảng 3. Sự phụ thộc mật độ quang vào thời gian. .......................................... 27
Bảng 4. Kết quả sự phụ thuộc mật độ quang của phức Zn(II) –MUR vào tỷ số
nồng độ CMUR/CZn(II) của dãy 1a ...................................................................... 28
Bảng 5. Kết quả sự phụ thuộc mật độ quang của phức Zn(II) –MUR vào tỷ số
nồng độ CZn(II)/CMUR của dãy 1b. ..................................................................... 29
Bảng 6. Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử
của dãy 2a. ....................................................................................................... 31
Bảng 7. Kết quả xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử
của dãy 2b........................................................................................................ 32
Bảng 8. Kết quả khảo sát nồng độ phức tuân theo định luật Beer. ................. 33
Bảng 9. Kết quả xác định hệ số hấp thụ phân tử của Murexit tại bước sóng
468 nm. ............................................................................................................ 35
Bảng 10. Kết quả xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức Zn(II)-MUR theo
phương pháp Komar. ....................................................................................... 36
Bảng 11. Sự ảnh hưởng của Cu2+ đến sự tạo phức Zn(II) –MUR. ................. 38
Bảng 12. Sự ảnh hưởng của Ni2+ đến sự tạo phức Zn(II) –MUR. .................. 39
Bảng 13. Sự ảnh hưởng của Mg2+ đến sự tạo phức Zn(II) –MUR. ................. 39


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. Đồ thị xác định thành phần của phức theo phương pháp tỷ số mol... 16
Hình 2. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử.
......................................................................................................................... 17
Hình 3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức. .......................... 20
Hình 4. Phổ hấp thụ của phức Zn(II)- MUR. .................................................. 24
Hình 5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào pH. ....................... 26
Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian......... 27
Hình 7. Sự phụ thuộc ∆A vào tỷ số nồng độ CMUR/CZn(II) của dãy 1a............ 29
Hình 8. Sự phụ thuộc ∆A vào tỷ số nồng độ CZn(II)/CMUR của dãy 1b. .......... 30
Hình 9. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử

tuy nhiên việc thu nạp quá nhiều kẽm của cơ thể có thể sinh ra sự thiếu hụt
các khoáng chất khác trong dinh dưỡng. Thiếu kẽm để lại những hiệu ứng rõ
nét trong việc tăng trọng của động vật, gây ra các dị tật ở mắt, xương, tim,
não, gây ra sự hoạt động không bình thường của các cơ quan thị giác, vị giác,
khứu giác và trí nhớ. Do đó việc nghiên cứu về nguyên tố kẽm là rất cần thiết.
Murexit là thuốc thử hữu cơ được dùng trong phép chuẩn độ
complexon. Nó có khả năng tạo phức tốt với nhiều cation kim loại như: Zn2+,

Ngô Thị Thanh

1

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Cu2+, Cd2+, Ca2+… do đó một ứng dụng quan trọng của Murexit là làm thuốc
thử trong phép phân tích trắc quang
Ngày nay, việc xác định kẽm trong dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm,
nước… bằng phương pháp trắc quang là một trong những phương pháp phân
tích hiện đại, đơn giản, hiệu quả và cho độ chính xác tương đối cao. Đã có
nhiều công trình nghiên cứu sự tạo phức của kẽm với các thuốc thử như
Methyl thymol xanh, Xilen da cam, PAR, PAN… Tuy nhiên sự nghiên cứu về
phức của kẽm với Murexit thì chưa nhiều. Chính vì vậy trong khóa luận này
tôi chọn đề tài: Nghiên cứu sự tạo phức của kẽm Zn(II) với Murexit bằng
phương pháp trắc quang.
Trong khóa luận này tôi tiến hành nghiên cứu sự tạo phức của Zn(II)




Cấu hình electron:

1s22s22p63s23p63d104s2



Nguyên tử khối:

65,37

Nguyên tử kẽm có các obitan d đã điền đầy đủ 10 electron, tuy nhiên
cấu hình electron (n-1)d10 tương đối bền nên electron hóa trị của kẽm chỉ là
electron s. Nguyên nhân là do năng lượng ion hóa thứ 3 của kẽm rất cao đã
làm cho năng lượng solvate hóa hay năng lượng tạo thành mạng lưới tinh thể
không đủ để làm bền cho trạng thái oxi hóa +3. Vì thế trạng thái oxi hóa đặc
trưng và cao nhất của kẽm là +2.
Trong vỏ quả đất, kẽm ở dạng các khoáng vật chủ yếu là quặng blen
kẽm (ZnS), calami (ZnCO3), phranclinit hay ferit kẽm (Zn(FeO2)2), ngoài ra
còn có zincit (ZnO). Trong tự nhiên, các khoáng vật của kẽm đều có lẫn
khoáng vật của Pb, Ag, Cd. Kẽm chiếm 0,005% khối lượng vỏ quả đất.
Trong nước đại dương (tính trung bình với 1lít nước biển) có 0.01mg
kẽm ở dạng Zn2+(ZnSO4). Trong cơ thể động vật hoặc thực vật có chứa kẽm
với hàm lượng bé, trong sò hến có khoảng 12% ; trong cơ thể con người có
khoảng 0.001% có nhiều ở răng, hệ thần kinh.
Kẽm có 15 đồng vị, trong đó có các đồng vị thiên nhiên là:
(48.89%),


Trường ĐHSP Hà Nội 2

việc sản xuất đồng thau được người La Mã biết đến từ khoảng 30 năm TCN.
Vào thế kỉ X việc nấu chảy và phân lập kẽm nguyên chất đã được người Ấn
Độ và Trung Quốc thực hiện. Mãi đến thế kỉ XIII ở Ấn Độ người ta mới sản
xuất kẽm trên quy mô lớn; trong khi đến tận cuối thế kỉ XVI người châu Âu
mới biết đến kẽm. Nhà hóa học người Đức Andreas Sigismund Marggraf
được cho là người có công tạo ra kẽm kim loại tinh khiết (năm 1746). Công
trình của Luigi Galvani và Alessandro Volta đã phát hiện ra các đặc tính điện
hóa của kẽm (năm 1800). Ngày nay kẽm được sản xuất rộng rãi trên khắp thế
giới; Úc, Mỹ, Trung Quốc, Peru, Ấn Độ là những nước sản xuất kẽm hàng
đầu. Mỗi năm ước tính thế giới sản xuất và tiêu thụ khoảng 12 triệu tấn kẽm.
1.1.2. Tính chất vật lý của kẽm.
Ở dạng đơn chất kẽm có màu trắng bạc, nhưng để trong không khí ẩm
bị phủ một lớp oxit mỏng.
Một số hằng số vật lý quan trọng của kẽm được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1. Một số hằng số vật lý quan trọng của kẽm.
Kẽm (Zn)
Khối lượng riêng (g/cm3)

7,14

Nhiệt độ nóng chảy(Tnc, oC)

419

Nhiệt độ sôi (Ts, oC)

907



Vì ở nhiệt độ thường, Zn khá ròn, nên không kéo dài được, nhưng khi
đun nóng đến 100-1500C lại dẻo và dai, khi đung nóng đến 200 0C lại có thể
tán được thành bột.
Về độc tính, Zn ở trạng thái rắn không độc, nhưng hơi của ZnO lại rất
độc, còn các hợp chất khác của Zn lại không độc.
1.1.3. Tính chất hóa học của kẽm.
1.1.3.1. Kẽm đơn chất.
Kẽm là nguyên tố kim loại trung bình, khi đốt nóng kẽm tham gia nhiều
phản ứng.
Phản ứng với oxi khi bị đun nóng, tạo ra kẽm oxit
t0C

2Zn + O2

2ZnO

Phản ứng với các phi kim như lưu huỳnh, selen, telu, halogen tạo muối
tương ứng
t0C

Zn + S

Zn + Cl2 →

ZnS
ZnCl2

Khi nung kẽm trong luồng hơi nước tạo ra kẽm oxit
t0C

Zn + 2 HCl
Zn

+ H2↑

+ H2SO4 (loãng) → ZnSO4 + H2↑

Với H2SO4 đặc nóng, Zn phản ứng tạo SO2 và S, còn H2SO4 đặc nguội
tạo H2S.
t0C

+ 2H2SO4 (đặc)

Zn

t0C

3Zn + 4H2SO4 (đặc)
4Zn + 5H2SO4 (đặc)

→

ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
3ZnSO4 + S

+

4H2O

4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O


+ H2O

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O
Kẽm oxit bị hiđro hoặc cacbon khử thành kim loại ở nhiệt độ cao.

Ngô Thị Thanh

6

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2
3000C

ZnO + H2

3000C

ZnO + C

Zn + H2O
Zn

+ CO↑

ZnO được điều chế bằng cách nung muối cacbonat, nitrat kẽm trong

dạng hỗn hợp với BaSO4 gọi là litopon. Loại sơn này không bị hóa đen bởi
H2S và được điều chế theo phản ứng.

Ngô Thị Thanh

7

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

ZnSO4 + BaS → BaSO4↓ + ZnS↓
ZnSO4 là tinh thể màu trắng, dễ tan trong nước, được điều chế bằng
cách cho vỏ bào kẽm tan trong dung dịch H2SO4 loãng, hoặc nung ZnS trong
không khí.
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
t0C

ZnS + 2O2

ZnSO4

1.1.3.3. Tính chất của cation Zn2+.
Dung dịch nước của ion Zn2+ không màu, có phản ứng axit yếu.
Zn2+ + H2O

ZnOH+


Khi kiềm hóa dung dịch Zn2+ 0,1M đến pH = 6 sẽ có kết tủa trắng
Zn(OH)2 tan trong kiềm dư ở pH = 14 cho ion ZnO22- không màu. Thực tế để
kết tủa được Zn(OH)2 từ dung dịch Zn2+ 0,1M thì COH- > 10-8 hay pH > 6.
Khi kiềm hóa dung dịch Zn2+ bằng NH3 thì mới đầu có kết tủa trắng
của hiđroxit sau đó kết tủa tan do tạo phức amin Zn(NH3)42+.
Zn2+ + 2NH3 + 2H2O → Zn(OH)2 ↓ + 2NH4+
Zn(OH)2 + 2NH4 + + 2NH3 →

Zn(NH3)42+ + 2H2O

1.1.4. Khả năng tạo phức của kẽm.
Zn2+ tạo được nhiều phức chất khác nhau:
Phức ít bền: phức với axetat, clorua, florua, thioxianat, tatrat.
Phức tương đối bền với oxalat, xitrat, sunfoxalixilat, axetyl axeton,
etilenđiamin, amoniac.
Phức rất bền với EDTA (lgβZnY2- = 16,7); với CN- (lgβ2

- 4

= 11,07;

16,05; 19,66)

Ngô Thị Thanh

8

K34C - Hóa


công cụ tỏ ra hữu hiệu hơn. Các phương pháp phân tích điện hóa, phương

Ngô Thị Thanh

9

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

pháp quang phổ, … có độ chon lọc cao, độ nhạy cao, cho kết quả phân tích tốt
nhưng đòi hỏi trang thiết bị giá thành lớn và kĩ thuật phân tích cao. Phương
pháp trắc quang dễ tiến hành hơn với những trang thiết bị thông thường và
cũng cho kết quả có độ chính xác khá cao, nên nó trở thành phương pháp phổ
biến để định lượng các nguyên tố.
1.1.5.1. Phƣơng pháp hóa học.
Có nhiều phương pháp hóa học để xác định kẽm, dưới đây tôi trình bày
hai phương pháp được sử dụng phổ biến nhất.
Phương pháp chuẩn độ complexon.
Dựa vào phản ứng tạo phức của EDTA với các ion kim loại để định
lượng các kim loại đó. Để xác định điểm dừng trong chuẩn độ complexon,
thường dùng các chất chỉ thị màu kim loại (Eriocrom đen T, PAR, PAN,
Xilen da cam, Murexit…) đó là các thuốc nhuộm hữu cơ tạo được với ion kim
loại phức có màu đặc trưng, khác với màu của chất chỉ thị. Điểm dừng chuẩn
độ được xác định dựa vào sự đổi màu của phức chất sang màu của chất chỉ
thị.
Chuẩn độ dung dịch Zn2+ với EDTA chỉ thị Eriocrom đen T trong môi

dư feroxianua thế của hệ giảm và điphenylamin chuyển sang dạng khử không
màu.
1.1.5.2. Phƣơng pháp phân tích công cụ.
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS là một trong những phương
pháp hiện đại được ứng dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm phân tích.
Nguyên tắc chung của phương pháp là dựa vào khả năng hấp thụ bức xạ đặc
trưng của các nguyên tử ở trạng thái hơi tự do. Phương pháp này xác định
được hầu hết các kim loại trong mẫu sau khi đã chuyển chúng về dạng dung
dịch. Ưu điểm là có độ nhạy và độ chọn lọc rất cao, được dùng rộng rãi để xác
định lượng vết các kim loại; đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng
trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp và kiểm tra các hợp
chất có độ tinh khiết cao. Nhược điểm là cần trang bị hệ thống máy móc rất
đắt tiền, yêu cầu người thực hiện có kỹ thuật phân tích cao, dung cụ hóa chất
dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao. Nhược điểm chính của phương
pháp này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân
tích mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu. Kẽm
được xác định bằng AAS trong ngọn lửa không khí - axetilen ở bước sóng
213,9 nm.
Phương pháp trắc quang.
Nguyên tắc chung của phương pháp là dựa vào khả năng tạo phức màu
của các nguyên tố cần xác định với thuốc thử thích hợp và đo độ hấp thụ
quang của phức đó. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong

Ngô Thị Thanh

11

K34C - Hóa


lạnh, các nhà nghiên cứu cho rằng thuốc kẽm có thể giúp cắt giảm sự tồn tại
của một số virus xuống một nửa. Ở các nghiên cứu khác nhau kẽm cũng được

Ngô Thị Thanh

12

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

sử dụng trong điều trị vết thương, ngăn ngừa tiêu chảy và làm chậm thoái hóa
điểm vàng.
Kẽm bắt đầu gây ngộ độc khi nồng độ vượt quá 1 ppm, gây mất cân
bằng tiêu hóa, ảnh hưởng tới dạ dày, gan và hệ bài tiết.
1.1.6.2. Ứng dụng của kẽm.
Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm,
đồng. Nó được sử dụng để mạ kim loại như thép chống gỉ, làm các hợp kim
như đồng thau, sử dụng trong đúc khuôn, kẽm cuộn dùng làm vỏ pin…
Các hợp chất của kẽm cũng có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong
công nghiệp. Kẽm oxit được sử dụng rộng rãi nhất: tạo nền trắng trong sản
xuất sơn, làm chất hoạt hóa trong công nghiệp ô tô, làm thuốc mỡ, thuốc
chống nắng bôi da… Clorua kẽm làm chất khử mùi và bảo quản gỗ. Sulfua
kẽm được sử dụng làm chất lân quang để phủ lên kim đồng hồ hay các đồ vật
khác cần phát sáng trong bóng tối. Methyl kẽm (Zn(CH3)2) dùng trong phản
ứng tổng hợp hữu cơ. Stearat kẽm làm chất độn trong sản xuất chất dẻo từ dầu
mỏ….

O

O

O

NH4+

NH

Murexit (MUR) có tên gọi là amino purpurate, amino axit purpurate.
Khối lượng phân tử: M = 284,19 (đv.C)

Ngô Thị Thanh

13

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

MUR là tinh thể dạng bột màu đỏ tía, có màu xanh sáng khi bị ánh sáng
chiếu vào. Nó không bị nóng chảy cũng như không bị phá vỡ ở nhiệt độ dưới
300oC. Dung dịch với nước có màu đỏ tía, bị phai nhanh. MUR tan trong
nước lạnh và etylen glycol, tan nhiều trong nước nóng và không tan trong
ancol hay ete.
Phương trình phân ly:


M
NH
O

C

C
C

C
NH

N

NH

C

C

C

C

O

O

O

loại như: Ca, Zn, Ni, Co, Cu, La, Tb... Phức Ca(II)-MUR có màu đỏ ở
pH = 11,3 với bước sóng cực đại là 506 nm.
1.3. Các phƣơng pháp xác định thành phần của phức trong dung dịch.
1.3.1. Phƣơng pháp tỷ số mol.
Phương pháp tỷ số mol còn được gọi là phương pháp bão hòa, thường
được dùng để xác định thành phần của phức bền hay phức tương đối bền. Bản
chất của phương pháp là xây dựng đồ thị phụ thuộc mật độ quang của phức
vào sự biến đổi nồng độ của một trong hai cấu tử khi nồng độ của cấu tử kia
không đổi.
Giả sử có phản ứng tạo phức: mM + nR

MmRn

Đầu tiên ta chuẩn bị hai dãy dung dịch phức:
Dãy 1: CM = const, CR biến đổi.
Dãy 2: CR = const, CM biến đổi.
Ta tiến hành đo mật độ quang của dung dịch phức trong hai dãy trên ở
điều kiện tối ưu. Sau đó xây dựng đồ thị phụ thuộc của mật độ quang vào tỷ
số CR/CM hoặc CM/CR.

Ngô Thị Thanh

15

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2


Ngô Thị Thanh

16

K34C - Hóa


Khóa luận tốt nghiệp đại học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Để tiến hành phép xác định người ta chuẩn bị dung dịch kim loại và
thuốc thử có nồng độ ban đầu như nhau CM0 = CR0 , sau đó trộn chúng theo
các tỷ lệ khác nhau nhưng vẫn giữ tổng nồng độ hoặc tổng thể tích không đổi,
tức là C = CM + CR = const hoặc V = VM + VR = const. Đo mật độ quang của
dãy dung dịch trong điều kiện lực ion, pH hằng định và bước sóng tối ưu. Xây
dựng đồ thị phụ thuộc của mật độ quang vào tỷ số C R/CM hoặc VR/VM hoặc
CR/(CR + CM).
∆A

∆A
(1)

(2)
(3)
X max

CR/CM