Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

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

TRỊNH THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA
Zn(II) VỚI ERIOCROM ĐEN T BẰNG
PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên nghành: Hóa phân tích

HÀ NỘI-2009
1


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
*************
TRỊNH THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA

văn đã cùng trao đổi và đóng góp những ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành
được khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2009
Sinh viên

Trịnh Thanh Huyền

3


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu sự tạo
phức của Zn2+ với Eriocrom đen T bằng phƣơng pháp trắc quang” là kết
quả nghiên cứu của riêng tôi. Bản khóa luận này được hoàn thành tại phòng
thí nghiệm hóa Phân Tích khoa Hóa- trường ĐHSP Hà Nội dưới sự hướng
dẫn của Th.s Phí Văn Hải. Vì vậy tôi xin cam đoan rằng kết quả đạt được là
kết quả thực của bản thân tôi, không trùng với kết quả của các tác giả khác.
Trong quá trình làm đề tài của tôi cũng không tránh khỏi những thiếu
sót.Vì vậy tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và
các bạn sinh viên để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2009
Sinh viên

Trịnh Thanh Huyền


4

1.1. Tổng hợp thuốc thử có độ chọn lọc cao hơn…………………….

4

1.2. Dùng các chất che giấu để thuốc thử trở nên trọn lọc hơn so với các 4
ion cần xác định………………………………………………………….
2. Thuốc thử Eriocrom đen T…………………………………………..

4

2.1. Eriocrom đen T…………………………………..…………………. 4
2.2. Khả năng tạo phức … ………….………………………………….

5

3. Một số đặc tính của kẽm (Zn); hợp chất của kẽm và khả năng tạo 6
phức………………………………………………………………………
3.1. Kẽm (Zn)……………………..……………………………………..

6

3.2. Một số đặc điểm vật lí của kẽm……………………………………

7

3.3. Tính chất hóa học và ứng dụng……………………………………


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

3.6. Khả năng tạo phức……………………………………...................

13

4. Các phương pháp trắc quang để xác định thành phần của phức trong 14
dung dịch………………………………………….……………………..
4.1. Các phương pháp xác định thành phần của phức…………………

14

4.1.1. Phương pháp tỉ số mol……………………………………………. 14
4.1.2. Phương pháp hệ đồng phân tử gam………….…………………… 15
4.2. Các phương pháp xác định tham số định lượng của phức………….

17

4.2.1. Phương pháp Cama giải tích……………………………………… 17
4.2.2. Phương pháp đường chuẩn…………………………………..…… 20
CHƢƠNG II. THỰC NGHIỆM………………………………………. 22
2.1. Dụng cụ và hóa chất………………………………………………… 22
2.1.1. Hóa chất……………………………………….. ………………… 22
2.1.2. Dụng cụ và máy móc……………………...……………………… 22
2.2. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………… 23
2.2.1. Dung dịch Eriocrom đen T……………………………………….

23


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

6.2. Phương pháp đường chuẩn………………………………………...

37

7. Ảnh hưởng của các Cation đến quá trình tạo phức…………………… 37
7.1. Ảnh hưởng của cation Ca2+…………………………………………. 38
7.2. Ảnh hưởng của cation Mg2+………………………………………

39

7.3. Ảnh hưởng của cation Fe3+………………………………………

39

7.4. Ảnh hưởng của cation Cu2+………………………………………

40

7.5. Ảnh hưởng của cation Cd2+………………………………………

40

7.6. Ảnh hưởng của cation Pb2+………………………………………

41


ĐHQG

Đại học quốc gia

Tr

Trang

dd

Dung dịch

8


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Kết quả sự phụ thuộc mật độ quang của phức Zn(II)-EBT 25
theo thời gian ở pH= 9,5, λ=556 nm…………………………………….
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào pH của phức Zn(II)- 26
EBT…………………………………………………………………….
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc ΔA=f(CEBT/CZn(II))…………...
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc ΔA=f(CZn(II)/CEBT) …………..

29




Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đường cong bão hòa……………………………………….

15

Hình 1.2. Đồ thị xác định thành phần của phức theo phương pháp dãy

16

đồng phân tử gam…………………………………………………….
Hình 1.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của phức .….........

21

Hình 3.1. Phổ hấp thụ điện từ của EBT và Zn(II)- EBT …………….

24

Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Zn(II)- EBT theo thời
gian ở pH=9,5, λ=556 nm……………………………………………

26

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang của phức Zn(II)- EBT vào

Hình 3.8. Đồ thị khảo sát nồng độ phức tuân theo định luật Bia ….

34

Hình 3.9. Đường chuẩn xác định Zn(II)…..……………………………

37

10


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Kẽm là một trong năm nguyên tố được tìm ra từ thời Trung Cổ. Mãi
đến thế kỷ XVII – XVIII người ta mới sản xuất được kẽm kim loại. Tuy vậy,
kẽm và các hợp chất của nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Kẽm có mặt trong các phòng thí nghiệm dưới dạng kẽm viên, kẽm lá, kẽm
bột.
Trong công nghiệp, kẽm được dùng làm nguyên liệu để sản xuất pin,
sản xuất các hợp kim, dùng làm lớp phủ bảo vệ sắt thép, chất ăn mòn trong in
vải, chất khử trong tinh chế vàng, bạc. ZnS được dùng chế tạo sơn khoáng
màu trắng gọi là sơn litopon. Loại sơn này không bị hóa đen bởi H2S. ZnO
được dùng làm chất bột màu trắng trong hội họa, dùng để pha sơn, vecni,
dùng trong công nghiệp dệt, giày vải. ZnCl2 được dùng trong bảo quản gỗ, tẩy
lớp oxit trên bề mặt kim loại trong kĩ thuật hàn thiếc. Một số hợp chất của
kẽm dùng trong y khoa như ZnO dùng làm phấn rôm và điều chế các kem bôi

đối tượng phân tích. Xu hướng hiện nay là dùng thuốc thử hữu cơ vì có nhiều
ưu điểm hơn hẳn thuốc thử vô cơ về độ nhạy và độ chọn lọc. Eriocrom đen T
(EBT) trước đây được biết như một chỉ thị trong phép chuẩn độ Complexon
nhưng qua nghiên cứu gần đây cho thấy EBT còn là một thuốc thử có khả
năng tạo phức tốt với nhiều kim loại như: Cd2+; Co2+; Al3+… và có thể ứng
dụng xác định nhiều kim loại bằng phương pháp trắc quang.
Với những lí do trên tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu sự tạo phức của
Zn2+ với Eriocrom đen T bằng phương pháp trắc quang.
2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Tiến hành nghiên cứu sự tạo phức của Zn2+ với Eriocrom đen T trong
mẫu nước sinh hoạt, xác định các điều kiện tối ưu để tạo phức (pH,thời gian,
bước sóng); thành phần của phức, tham số định lượng của phức (εp). Từ đó có
thể dùng kết quả đó ứng dụng trong phân tích các nguyên tố khác khi nồng độ
của chúng rất nhỏ.

12


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Việc xác định hàm lượng của các nguyên tố kim loại trong các mẫu
chất thực là vấn đề thu hút nhiều sự quan tâm. Một trong những hướng giải
quyết vấn đề này một cách khả quan nhất là sử dụng phức chất. Với phương
pháp này sẽ giúp chúng ta phát hiện các ion kim loại khi chúng tồn tại ở nồng
độ nhỏ.
Ngày nay, việc sử dụng phương pháp trắc quang trong phân tích hóa
học là khá phổ biến. Đề tài này chỉ nghiên cứu sự tạo phức của Zn2+ với

N

O2N

Công thức phân tử : C20H12N3NaO7S
Khối lượng phân tử : 461,38 đvC
Tên quốc tế

:

3-hiroxy-4-(1-hidroxy-2-naphtylazo)-7-nitro-1naphtalen sunfonat natri.

Nhiệt độ sôi

: 640C

EBT tồn tại ở dạng rắn màu nâu tím, tan ít trong nước nhưng tan nhiều
trong rượu. Dung dịch EBT với nồng độ > 10-4 có tính keo.
Trong dung dịch EBT phân li như sau:
Kí hiệu EBT là H2In-:
-

H2In

2-

+

⇌ HIn + H


màu đỏ da cam.
EBT trong dung dịch bị oxi hóa chậm bởi các chất oxh, đặc biệt khi có
mặt Mn hoặc Cs chất chỉ thị mất màu rất nhanh
2.2. Khả năng tạo phức
Eriocrom đen T tạo phức màu với gần 30 nguyên tố, tuy nhiên chỉ một
số trường hợp được ứng dụng trong chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA đó là: Ca;
Mg; Cd; Zn; Pb. Thường thì phức chất được tạo thành chứa ion kim loại và
EBT theo tỉ lệ 1:1. Ngoài ra người ta cũng xác định được các nguyên tố Mn,
Co, Ni, Zn, Cu còn có thể tạo phức theo tỉ lệ 1:2.
Ứng dụng chủ yếu của EBT từ trước tới nay đều dựa trên khả năng tạo
phức với nhiều kim loại, từ đó phát hiện được kim loại trong các mẫu chất
nghiên cứu cũng như xác định hàm lượng các chất hữu cơ khác. VD: Xác
định hàm Mg, Ca trong nước ở điều kiện pH = 11,6 môi trường đệm amoniac
có mặt trietanolamin bằng phương pháp trắc quang; phương pháp này cũng áp
dụng để xác định hàm lượng Mg và Ca trên da của người bị vảy nến, EBT
cũng được sử dụng trong phương pháp động học trắc quang xúc tác để xác
định hàm lượng Ag(I); Zn(II)…
Bằng phương pháp trắc quang người ta đã chứng minh được rằng có sự
tạo phức giữa EBT với hầu hết các kim loại. Tùy thuộc vào pH mà λmax của
phức từ 550 ÷ 630 nm và λmax(EBT) = 540 ÷ 660 nm
Một số thông số lgβ của phức tạo bởi kim loại và EBT
15


Khóa luận tốt nghiệp

Ca-EBT

: 5,4


- Bán kính nguyên tử

: 1,39 A0

- Bán kính ion Zn(II)

: 0,74 A0

- Thế ion hóa I1

: 9,391 (eV)

Zn là nguyên tố đứng cuối cùng trong dãy nguyên tố nhóm d. Nguyên
tử của chúng có obitan d đã được điền đủ 10 electron và cấu hình electron
trong trường hợp của nguyên tố này là tương đối bền, khác với của Cu, Ag và
Hg.
3.2. Một số đặc điểm vật lí chủ yếu của Zn
Zn là kim loại màu trắng bạc, nhưng ở trong không khí ẩm chúng dần
bị bao phủ bởi màng oxit nên bị mất ánh kim. Là kim loại mềm, dễ nóng chảy
(nguyên nhân là do tương tác yếu giữa các nguyên tử trong kim loại, nhất là
trong Hg, gây nên bởi cấu hình tương đối bền d10 cản trở các electron d tham
gia vào liên kết kim loại).
Zn trong các hợp chất chỉ thể hiện số oxi hóa là +2, do có lớp 3d10 ở lớp
sát ngoài cùng bền vững.
16


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

2+

2+

2+

2+

+ H2O  ZnOH

+

+

lg*β1 = -7,7

+ H

+

lg*β2 = -16,8

+ 2H2O  Zn(OH)2 + 2H
-

+

lg*β3 = -28,3

2-

2+

Khi kiềm hóa dung dịch Zn

bằng NH3 thì mới bắt đầu có kết tủa trắng

hiđroxit và sau đó kết tủa tan ra do tạo phức amin.
17


Khóa luận tốt nghiệp

Zn

2+

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

+

+ 2NH3 + 2H2O → Zn(OH)2↓ + 2 NH 4
+

2+

Zn(OH)2 + 2 NH 4 + 2NH3 → Zn(NH3) 4
2+

*) Tính chất tạo phức: Zn



ZnO 2 + 2H2O + 2e



E 0ZnO

2
2

/ Zn

=-

1,216V
Kẽm thật tinh khiết tan rất chậm trong HCl và H2SO4 loãng
Kẽm thương mại có chứa nhiều tạp chất (Cu; Pb; Cd…) tan nhanh
trong các axit trên do có hình thành trên bề mặt kim loại các cặp pin Cu-Zn;
Cd-Zn; trong đó kẽm đóng vai trò là cực âm.
+

→ Zn

Zn + 2H

2+

+ 2H2↑

Kẽm dễ tan trong HNO3 và H2SO4 đặc nóng


TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

Kẽm tác dụng với kiềm:
-

Zn + 2OH

2-

→ ZnO 2 + H2↑

Trong môi trường bazơ yếu, kẽm phản ứng vì không có hình thành lớp
màng oxit bảo vệ ít tan
Người ta thường nạp kẽm trong các cột khử (chẳng hạn để khử Fe3+
thành Fe2+). Đôi khi dùng dưới dạng hỗn hống để dùng trong các trường hợp
phải có chất khử mạnh (ví dụ Cr3+ thành Cr2+, V3+ thành V2+).
3.3.2. Ứng dụng
Zn là nguyên tố có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Zn được sử
dụng làm lớp phủ bảo vệ sắt, thép và chế tạo hợp kim. Zn được dùng để sản
xuất pin, chất in, chất ăn mòn trong in vải, chất khử trong tinh chế vàng, bạc.
Là nguyên tố vi luợng vô cùng cần thiết cho cơ thể khỏe của con người.
Hằng ngày con người cần khoảng 5÷20 mg kẽm. Trong cơ thể người kẽm kết
hợp được với hai loại protein và là thành phần của trên 70 enzim.
Trong thiên nhiên kẽm là một nguyên tố tương đối phổ biến. Kẽm còn
có một lượng đáng kể trong động vật, thực vật. Chính nhờ kẽm mà rắn độc
không bị độc bởi nọc độc của nó. Trong cây thường có từ 20÷240 mg kẽm
trong 1 kg chất khô. Cây thiếu kẽm lá bị nhỏ đi và bị bạc trắng.
Ngoài ra, đối với thực vật kẽm có ảnh hưởng lớn đến quả trình tổng
hợp protein trong riboxom làm ổn định cấu trúc riboxom và hình thành

kẽm trong bình đất sét kín. Zn được điều chế từ 1 số quặng như quặng
sphalerit hay blende ZnS, calamin ZnCO3 bằng phương pháp luyện kẽm.
3.5. Hợp chất của kẽm
3.5.1. Hợp chất của kẽm
Hợp chất của Zn được sử dụng trong y học làm chất gây nôn, chất giảm
đau, chữa ngứa, thuốc sát trùng. Một số hợp chất hữu cơ của Zn còn sử dụng
làm thuốc bảo vệ thực vật.
ZnO: Có màu trắng ở nhiệt độ thường, màu vàng khi đun nóng , là chất
khó nóng chảy, có thể thăng hoa không phân hủy khi đun nóng, hơi ZnO rất
độc (các hợp chất khác của Zn không độc). Không tan trong nước, tan trong
20


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

axit, trong kiềm bị H2, CO khử ở nhiệt độ cao. ZnO là hợp chất có tính lưỡng
tính:
ZnO + HCl → ZnCl2 + H2O
ZnO + 2KOH → K2ZnO2 + H2O
Trong thiên nhiên, ZnO tồn tại dưới dạng zinkit. ZnO được dùng làm
chất
bột màu trắng cho sơn, thường được gọi là trắng kẽm, và làm chất độn cho
cao su.
Được điều chế bằng cách nung muối nitrat, cacbonat của kẽm hoặc
kẽm kim loại trong không khí.
Zn(OH)2: Là một hiđroxit điển hình, kết tủa keo, rất ít tan trong nước,
màu trắng, tan trong axit và kiềm. Tan trong dung dịch NH3 tạo phức bền và
tan một phần trong dung dịch muối amoni:

vô cơ không tan trong nước, đông cứng nhanh sau khi được tạo thành nên gọi
là xi măng kẽm và thường được dùng để trám răng).
ZnCl2 + ZnO → Zn2OCl2
ZnS: màu trắng, tan trong axit mạnh. Không tan trong axit yếu. Được
điều chế bằng cách cho H2S qua dung dịch muối kẽm trong môi trường kiềm
hoặc cho (NH4)2S tác dụng với muối kẽm.
ZnSO4: Điều chế bằng cách cho vỏ bào kẽm tan trong dung dịch axit
H2SO4 loãng hoặc cho nung H2S trong không khí. Muối này bị nung nóng đỏ
tạo thành ZnO, SO2, O2.
Zn(NO3)2: Kết tinh trong nước ở nhiệt độ thấp hơn -1800C, nóng chảy ở
nhiệt độ 36,50C, tạo ra 4 dạng hidrat với 2, 4, 6, 9 phân tử nước. Dạng bền
nhất là Zn(NO3)2.6H2O.
Hợp chất cơ kim của kẽm: Hợp chất cơ kẽm có ý nghĩa quan trọng về
mặt lịch sử. Đietyl của kẽm (C2H5)2Zn là hợp chất cơ kim đầu tiên được nhà
hóa học người Anh là Frankland điều chế vào năm 1849 theo phản ứng.
~150 C


0

2C2H5I + 2Zn(hợp kim với Cu)

(C2H5)2Zn + ZnI2

Ngày nay, người ta còn biết công thức tổng quát của cơ kẽm là RZnX,
R2Zn trong đó R là gốc hidrocacbon và X là halogen. Chúng có nhiều ứng
dụng quan trọng trong quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
3.5.2. Ứng dụng hợp chất của kẽm
Các hợp chất của Zn cũng có nhiều ứng dụng quan trọng:
ZnO: Dùng làm bột màu để sản xuất sơn trắng, làm bột độn cho cao su,

Zn2+ tạo được hợp chất nội phức có màu với các thuốc thư hữu cơ dùng
trong định lượng trắc quang như: o-phenantrolin, PAN, muexit, cancon…Một
số thông số đã công bố định lượng như sau:
+ Phức Zn(II)-đithizonat: ε = 9,4.104.
+ Phức Zn(II)-pyrocatesin tím được xác định ở pH = 2÷4, Δλ= 280nm.

23


Khóa luận tốt nghiệp

TRỊNH THANH HUYỀN K31-HÓA

+ Zn(II) tạo phức tỉ lệ 1:1 với Xylen da cam ở pH = 5,7 ÷ 6, pH tối ưu
là 5,9 trong môi trường axetat, λmax = 570 nm, lgβ = 6,2, xác định được hàm
lượng Zn(II) 0,98.10-6 ÷ 1,38.10-6M
Hằng số bền của Zn(II) với một số thuốc thử hữu cơ và dạng của phức
tóm tắt ở bảng dưới đây:
Thuốc thử hữu cơ

Dạng của thuốc thử
-

Crom tím

H2In

Cancon

H2In

Zn(HIn)+

12,4

+

H2In

lgβ

ZnIn

ZnIn2

11,2
10,5

4. Các phƣơng pháp trắc quang để xác định thành phần của phức trong
dung dịch
4.1. Các phương pháp xác định thành phần của phức
4.1.1. Phương pháp tỉ số mol
Đây là phương pháp tổng quát và phổ biến nhất trong quá trình nghiên
cứu phức bền.
Phương pháp này còn gọi là phương pháp đường cong bão hòa được
dùng phổ biến để nghiên cứu các phức bền. Phương pháp tỉ số mol dựa trên
việc xây dựng đồ thị phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ kim loại
khi nồng độ của cấu tử kia không thay đổi. Nếu phức bền thì đồ thị thu được
là hai đường thẳng cắt nhau, tỉ số nồng độ CMe/CR hoặc CR/CMe tại điểm cắt
chính là hệ số tỉ lượng của các cấu tử tham gia phản ứng (đường 1 hình 1.1).
Trong trường hợp tạo thành kém bền, ta sẽ thu được đường cong (đường 2

theo tỉ lệ khác nhau nhưng giữ nguyên thể tích chung của dung dịch không
đổi
(V = VMe + VR = const). Đo mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn bị
trong cùng điều kiện tối ưu của phức.
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của mật độ quang A vào tỉ số nồng độ.

25