ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA HÓA HỌC  TIỂU LUẬN KHẢO SÁT CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT TRONG PHÂN TÍCH HÓA HỌC Giảng viên hướng dẫn PGS.TS. Trần Ngọc Tuyền Sinh viên thực hiện Hoàng Ngọc Sỹ Lớp: Hóa K36 Huế, 12/2014 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 A. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 B. NỘI DUNG 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHỨC CHẤT 2 1.1. KHÁI NIỆM PHỨC CHẤT 2 1.2. CẤU TẠO CỦA PHỨC CHẤT 2 1.3. PHÂN LOẠI PHỨC CHẤT 4 1.3.1. Phân loại dựa vào phối tử tạo phức 4 1.3.2. Phân loại theo điện tích của ion phức 4 1.3.3. Phân loại phức chất theo số lượng ion trung tâm 5 1.4. TÍNH CHẤT CỦA PHỨC CHẤT 5 1.4.1. Sự phân ly của phức trong dung dịch nước 5 1.4.2. Tính oxy hóa – khử của phức chất 6 1.4.3. Tính acid – base của phức 6 CHƯƠNG 2: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT 6 2.1. VAI TRÒ CỦA PHỨC CHẤT TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 6 2.1.1. Nhận biết ion kim loại 6 2.1.1.1. Thuốc thử Na3[Co(NO2)6] kết hợp với M+ (K+, Cs+, Ag+, Tl+, NH4+) cho phức rắn có màu đặc trưng 7 2.1.1.2. Thuốc thử của ion Na+ 7 2.1.1.3. Thuốc thử của ion Fe2+ 7 2.1.1.4. Thuốc thử của ion Fe3+ 7 2.1.1.5. Thuốc thử của ion Cu2+ 8 2.1.1.6. Thuốc thử của ion Zn2+ 8 2.1.1.7. Thuốc thử của ion Ni2+ 8 2.1.1.8. Thuốc thử ion NH4+ 8 2.1.1.9. Thuốc thử của ion Hg22+ 9 2.1.1.10. Thuốc thử của ion Ag+ 9 2.1.1.11. Thuốc thử của ion Al3+ 9 2.1.1.12. Thuốc thử azocalixaren 10 2.1.2. Xác định nồng độ ion kim loại 12 2.1.3. Nhận biết phối tử 13 2.2. VAI TRÒ CỦA PHỨC CHẤT TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 15 2.2.1. Chỉ thị trong phép chuẩn độ Complexon 15 2.2.2. Che các ion cản trở 18 2.2.3. Hòa tan các kết tủa khó tan, tách các ion 19 2.2.4. Ứng dụng của phức chất trong phương pháp trắc quang 19 C. KẾT LUẬN 22 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học A. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong dung dịch, các ion kim loại tồn tại chủ yếu dưới dạng phức chất. Các phức chất có độ bền khác nhau tùy thuộc vào bản chất của các ion kim loại và phối tử. Do sự tạo thành phức chất bền mà một số tính chất của ion kim loại (tính acid – base, oxy hóa – khử, khả năng tạo hợp chất ít tan,…) bị thay đổi. Sự phát triển của ngành hóa học phức chất đã có những đóng góp to lớn và quan trọng cho nhiều ngành khoa học và kỹ thuật. Đặc biệt, trong hóa học phân tích, phức chất là một lĩnh vực có nhiều ứng dụng, góp phần phát triển các phương pháp phân tích định tính và định lượng các ion kim loại trong hỗn hợp của chúng. 1 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học B. NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHỨC CHẤT 1.1. KHÁI NIỆM PHỨC CHẤT  A. Werner: Phức chất là hợp chất phân tử nào bền trong dung dịch nước, không phân hủy hoặc bị phân hủy rất ít ra các hợp phần tạo thành hợp chất đó.  A. Grinbe: Phức chất là những hợp chất phân tử xác định, khi kết hợp các hợp phần của chúng lại thì tạo thành các ion phức tạp tích điện dương hay âm, có khả năng tồn tại ở dạng tinh thể cũng như ở trong dung dịch. Trong trường hợp riêng, điện tích của ion phức đó có thể bằng 0.  K.B.Iaximirxki: Phức chất là những hợp chất tạo được các nhóm riêng biệt từ các nguyên tử, ion hoặc nguyên tử với những đặc trưng: - Có mặt của phối trí. - Không phân li hoàn toàn trong dung dịch. - Có thành phần phức tạp, số phối trí và số hóa trị không trùng nhau. Tổng quát: Phức chất là hợp chất tạo thành giữa ion hay nguyên tử kim loại M với các phối tử A là các phân tử hay ion khác. Phân tử hay ion phức tương đối bền trong dung dịch. Số liên kết tạo thành giữa M với A nhiều hơn hóa trị thông thường của M. Ví dụ: [AgCl 2 ] - , [Ag(NH 3 ) 2 ] + , [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ , [Fe(CO) 5 ] 1.2. CẤU TẠO CỦA PHỨC CHẤT Công thức tổng quát phức là [ML x ] m X n. 2 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Trong đó M là ion trung tâm, L là phối tử, X là các nhóm liên kết trong với ion phức. Ví dụ 1: [Zn(NH 3 ) 4 ]Cl 2 Cầu ngoại Ion trung tâm Số phối trí Phối tử Cầu nội M là acid Lewis vì có các orbital hóa trị đang còn trống, có thể các cặp electron của các phân tử hay ion khác. Ion trung tâm thường là các nguyên tử hay ion kim loại chuyển tiếp. Phối tử A là base Lewis. A có cặp electron tự do. Ví dụ: CN - , H 2 O, NH 3 … Số phối trí là số nguyên tử hay nhóm nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử trung tâm. SPT phụ thuộc vào bản chất của nguyên tử trung tâm và phối tử. Trong trường tinh thể, SPT là số nguyên tử hoặc ion gần nhất ở cách đều một nguyên tử hoặc ion ngược dấu. A. Werner gọi hiện tượng nguyên tử hay ion trung tâm hút các nguyên tử hay ion của các nhóm nguyên tử bao quanh nó là sự phối trí. Còn số các nguyên tử hoặc các nhóm liên kết trực tiếp với nguyên tử hay ion trung tâm được gọi là số phối trí của nguyên tử hay ion trung tâm đó. SPT thay đổi phụ thuộc vào bản chất của phối tử và vào bản chất của ion kết hợp với ion phức. SPT còn phụ thuộc nhiệt độ , thường khi tăng nhiệt độ thì tạo ra ion có SPT thấp hơn.Sự phối trí của các phối tử khác nhau đối 3 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học với ion kim loại làm tăng độ bền của trạng thái hóa trị cao nhất. Ví dụ, trong các hợp chất đơn giản trạng thái lai hóa Co(III) kém bền, trong khi đó nhiều phức chất của Co(III) có độ bền cao. Thông thường số phối trí lớn hơn số hóa trị của ion trung tâm. 1.3. PHÂN LOẠI PHỨC CHẤT 1.3.1. Phân loại dựa vào phối tử tạo phức - Phức hydrat (hay phức aqua): Phối tử là các phân tử nước như: [Cu(H 2 O) 4 ] (NO 3 ) 2 , [Co(H 2 O) 6 ]SO 4 ,…. - Phức hydroxo: Phối tử là nhóm OH - như K 3 [Al(OH) 6 ], [Zn(OH) 4 2- - Phức aminat: Phối tử là amin như [Coen 3 ] 3+ … - Phức aminacat: Phối tử là ammoniac như [Ag(NH 3 ) 2 ] + , [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ,… - Phức acid: Phối tử là gốc acid như [CoF 6 ] 3- , [Fe(CN) 6 ] 4- ,… - Phức cacbonyl: Phối tử là CO như Fe(CO) 5 , Ni(CO) 4 ,… - Phức vòng: là phức trong đó phối tử liên kết với kim loại tạo thành vòng. Những phối tử tạo phức vòng như C 2 O 4 2- , EDTA, en,… - Phức đa nhân: Là phức trong cầu nội có một số nguyên tử kim loại kết hợp với nhau nhờ các nhóm cầu nối OH -+ , -NH 2 , CO hoặc giữa hai nguyên tử M với nhau. - Phức chất cơ kim: Phối tử là các gốc hydrocacbon như [ZN(C 2 H 5 ) 3 ] - , [Cr(C 6 H 5 ) 6 ] 3- 1.3.2. Phân loại theo điện tích của ion phức - Phức chất cation: được tạo thành khi các phân tử trung hòa phối trí xung quanhion trung tâm mang điện tích dương như [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ , [Al(H 2 O) 6 ] 3+ ,… Ngoài ra, còn có phức chất ion – khi nguyên tử trung tâm là các nguyên tố có 4 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học độ âm điện mạnh (N, O,F, Cl….) còn các phối tử là ion H + như NH 4 + , OH 3 + , FH 2 + , ClH 2 + ,… - Phức chất anion: Khi nguyên tử trung tâm mang điện tích dương, phối tử là các anion như [BeF 4 ] 2- , [Al(OH) 6 ] 3- ,… - Phức chất trung hòa: Được tạo thành khi các phân tử trung hòa phối tử xung quanh nguyên tử trung tâm là trung hòa hoặc khi các phối tử tích điện âm phối trí xung quanh ion trung tâm tích điện dương như [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , [Fe(CO) 5 ] 1.3.3. Phân loại phức chất theo số lượng ion trung tâm - Phức đơn ligan: Là loại phức chất trong thành phần của nó chỉ chứa ion trung tâm và một ligan nào đó (ML n ). - Phức đa ligan: Là loại phức chất trong thành phần của nó có chứa ion kim loại trung tâm và ít nhất hai loại ligan khác nhau (MR n L m ). - Phức đơn nhân: Là các phức trong thành phần của nó chỉ chứa một ion kim loại trung tâm. - Phức đa nhân: Là phức trong thành phần của chúng chứa nhiều hơn một ion kim loại trung tâm. - Phức với các ligan ở bầu phối trí trong: Là các phức có hai hay nhiều ligan khác nhau nằm phối trí ở bầu phối trí ở bầu ion trung tâm. - Phức liên hợp ion: Được tạo nên giữa một cation phức tích điện dương hay âm với các ligan tích điện khác dấu. 1.4. TÍNH CHẤT CỦA PHỨC CHẤT 1.4.1. Sự phân ly của phức trong dung dịch nước Trong dung dịch nước , phức chất cũng phân ly thành ion cầu nội và cầu ngoại tương tự như hợp chất đơn giản phân ly thành cation và anion. 5 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Sự phân ly của phức tạo ion phức là sự phân ly sơ cấp. Tiếp theo đó, ion phức tiếp tục phân ly thành ion trung tâm và phối tử (phân ly thứ cấp). Sự phân ly thứ cấp phụ thuộc vào độ bền của phức chất. Tuy nhiên, đại đa số các ion phức là chất điện ly kém, quá trình phân ly chủ yếu dịch về phía trái (phía của quá trình tạo phức). 1.4.2. Tính oxy hóa – khử của phức chất Trong phản ứng oxy hóa – khử luôn có hai cặp oxy hóa – khử liên hợp và phản ứng xảy ra theo chiều cặp oxy hóa nào có thế khử cao thì dạng oxy hóa của nó bị khử trước. Quy luật này vẫn đúng với phức chỉ khác ion trung tâm bị phối tử bao vây nên khó tham gia phản ứng hơn. 1.4.3. Tính acid – base của phức Tùy theo bản chất của phối tử mà phức chất thể hiện tính acid hay base khi ở trong nước. CHƯƠNG 2: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT 2.1. VAI TRÒ CỦA PHỨC CHẤT TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 2.1.1. Nhận biết ion kim loại Trong hóa học phân tích, phức chất dùng để nhận biết, định lượng hay hạn chế ảnh hưởng của một số ion này đến các ion khác, thay đổi nồng độ các chất, hòa tan và tách chất. Trong phân tích định tính, thuốc thử tạo với các ion kim loại các phức chất có màu đặc trưng dùng để nhận biết các ion kim loại. Các phản ứng tạo màu đặc trưng thường được sử dụng để phát hiện các ion. 6 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Trong đó có màu đặc trưng của ion kim loại với ammoniac, thiocianat, cianua hay các thuốc thử hữu cơ. 2.1.1.1. Thuốc thử Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] kết hợp với M + (K + , Cs + , Ag + , Tl + , NH 4 + ) cho phức rắn có màu đặc trưng. 2M + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] M 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] + 2 Na + Ví dụ: Dùng Natrihecxanitrocobaltat III phản ứng với ion K + cho kết tủa màu vàng. Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] 3Na + + [Co(NO 2 ) 6 ] 3- [Co(NO 2 ) 6 ] 3- + Na + +2K + K 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] 2.1.1.2. Thuốc thử của ion Na + Phản ứng với kẽm uranyl acetat, cho kết tủa vàng nhạt. NaCl + 3ZnUO 2 (CH 3 COO) 4 + CH 3 COOH + 9H 2 O NaZn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 9 .9H 2 O + 2Zn(CH 3 COO) 2 + HCl 2.1.1.3. Thuốc thử của ion Fe 2+ Cho dung dịch ion Fe 2+ tác dụng với K 3 [Fe(CN) 6 ] cho kết tủa xanh tuabin. FeCl 2 + K 3 [Fe(CN) 6 ] KFe[Fe(CN) 6 ] +2 KCl (màu vàng) (xanh tuabin) 2.1.1.4. Thuốc thử của ion Fe 3+  Tác dụng với K 4 [Fe(CN) 6 ] cho kết tủa xanh beclin. 4Fe 3+ + 3[Fe(CN) 6 ] 4- Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3  Lưu ý: Cần phải thực hiện phản ứng trên ở pH < 7 và tránh dư thuốc thử.  Tác dụng với KSCN cho phức màu đỏ máu trong môi trường acid. Fe 3+ + 3SCN - Fe(SCN) 3 7 [...]... Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học 14 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Ví dụ 2: Hợp chất CrCl3(H2O)6 có 3 đồng phân hydrat: [Cr(H2O)6]Cl3: màu tím [Cr(H2O)5Cl]Cl2.H2O: màu xanh lục [Cr(H2O)4Cl2]Cl.2H2O: màu xanh lục 2.2 VAI TRÒ CỦA PHỨC CHẤT TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG 2.2.1 Chỉ thị trong phép chuẩn độ Complexon Chuẩn độ tạo phức. .. của dẫn xuất azocalixaren (23) với các ion kim loại Theo đó, hợp chất này có khả năng tương tác với ion kim loại nhóm IIA, 10 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học chuyển tiếp… Dựa vào màu sắc của phức, họ đã đề xuất quy trình phân tích nhóm ion kim loại 11 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Cation (IA, IIA, chuyển tiếp)... dưới dạng phức aqua Yêu cầu của phương pháp này phải tìm ra chất tạo phức với ion kim loại cần xác định Phối tử, ion trung tâm và phức chất phải có bước sóng hấp thụ khác xa nhau thì mới sử dụng được phương pháp trắc quang 21 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học C KẾT LUẬN Chúng ta thấy rằng hóa học phức chất là một lĩnh vực hết sức quan trọng của ngành hóa học, bởi... đúng trong điều kiện: - Chùm ánh sáng đơn sắc Dung dịch nghiên cứu phải khá loãng C < 0.2 M Dung dịch không phát huỳnh quang và khong có huyền phù D < 0.8  Ứng dụng của phương pháp 20 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Phức chất có ứng dụng nhiều trong phương pháp trắc quang vì phương pháp trắc quang dựa trên sự hấp phụ ánh sáng từ bước sóng 200 – 800nm trong. .. thiết với các ngành hóa học khác như: Hữu cơ, Hóa lí, Vô cơ, Hóa dược… Qua bài tiểu luận này ta thấy phức chất có vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực hóa học nói chung, đặc biệt là trong phân tích định lượng và định tính Do đó, việc nghiên cứu tìm hiểu về vai trò của phức chất trong hóa học có ý nghĩa hết sức quan trọng Hy vọng đề tài này có thể cung cấp thêm những thông tin hữu ích về phức chất và... phức chất và những ứng dụng của nó Do thời gian hoàn thành tiểu luận trong thời gian ngắn nên ảnh hưởng đến việc tìm kiếm các nguồn tài liệu nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý Thầy, Cô và các bạn đọc đóng góp ý kiến để tiểu luận được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! 22 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học D TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thị... đặc trưng 8 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học NH4+ + 2[HgI4]2- + 2OH- [NH2(HgI)2]I + 5I- + 5H2O 2.1.1.9 Thuốc thử của ion Hg22+  Phản ứng với K4[Fe(CN)6] 2Hg22+ + K4[Fe(CN)6] Hg4[Fe(CN)6] + 4K+  Phản ứng với K3[Fe(CN)6] 3Hg22+ + 2K3[Fe(CN)6] 2Hg3[Fe(CN)6] + 6K+ 2.1.1.10 Thuốc thử của ion Ag+  Kali feroxianua tác dụng với ion Ag+ trong dung dịch cho kết tủa... sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học TiOSO4 + 2H2O [TiO(H2O)2]SO4  Phức chất [CuPy2(SCN)2] màu xanh để xác định Cu2+  Phức chất niken dimetyl glyoxim màu đỏ để xác định Ni2+ 2.1.3 Nhận biết phối tử Sự có mặt của những phối tử khác nhau liên kết với ion trung tâm sẽ dẫn đến sự di chuyển electron trong ion trung tâm, nên có ảnh hưởng đến cường độ và sắc thái màu của phức chất, đôi khi... alizarin S có thể tạo phức với ion Al 3+ theo số phối trí 4 hoặc 6 tùy thuộc vào nồng độ và pH của dung dịch Phức này có màu đỏ thẩm rất đặc trưng dùng để nhận biết ion Al3+ trong dung dịch 9 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học 2.1.1.12 Thuốc thử azocalixaren Ở công trình tiếp theo vào năm 2008, theo nhóm tác giả này đã nghiên cứu khả năng tương tác của dẫn xuất azocalixaren...Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học 2.1.1.5 Thuốc thử của ion Cu2+  Phản ứng với K4[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu nâu Cu2+ + [Fe(CN)6]4- Cu2[Fe(CN)6]  Phản ứng với (NH4)2[Hg(SCN)4] tao kết tủa màu xanh Cu2+ + [Hg(SCN)4]2- Cu[Hg(SCN)4] 2.1.1.6 Thuốc thử của ion Zn2+ Phản ứng với K4[Fe(CN)6] cho kết tủa màu trắng hay với (NH4)2[Hg(SCN)4] . - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học 14 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Ví dụ 2: Hợp chất CrCl 3 (H 2 O) 6 có 3 đồng phân. hợp của chúng. 1 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học B. NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHỨC CHẤT 1.1. KHÁI NIỆM PHỨC CHẤT  A. Werner: Phức chất. tương tự như hợp chất đơn giản phân ly thành cation và anion. 5 Hoàng Ngọc Sỹ - Khảo sát các ứng dụng của phức chất trong phân tích hóa học Sự phân ly của phức tạo ion phức là sự phân ly sơ cấp.