Đang tải... (xem toàn văn)
Telu là một nguyên tố hiếm trong vỏ trái đất, nó thường có trong hợp phần của phún thạch khí núi lửa và chỉ tồn tại với lượng nhỏ 10-7% trọng lượng vỏ trái đất (khoảng 0,0001ppm ). Telu (Te) được Muller phát hiện ra năm 1782 và 16 năm sau đó được Klaproth đặt tên là Telu tức là đất. Trong tự nhiên, Telu tồn tại trong nhiều dạng khoáng vật hiếm và thường đi cùng với các kim loại nặng khác như Cu, Pb, Hg, và Au... Khoáng vật điển hình của Telu là Telurua và nó tương tự như Sunfua. Ví dụ: PbTe(Chì Telurua); Ag2Te(Bạc Telurua); Bi2Te3(Bismut Telurua). Telu có một tính chất đặc biệt rất đặc trưng cho nó là khả năng kết hợp với vàng tạo thành khoáng vật bền vững, khó bị phá vỡ, điều này rất có lợi trong việc loại bỏ Telu tuy nhiên trong quá trình khai thác và tinh luyện vàng điều này lại gây cản trở bởi sự tạo nên khoáng vật bền đó. Trong công nghiệp, Telu thường được dùng làm tác nhân lưu hoá thứ cấp với cao su tự nhiên và GR-S, dùng để điều chỉnh độ xốp của thép, cải tiến độ bền cơ học của đồng, cải tiến tính chất vật lý của chì và thiếc, làm tăng khả năng chống ăn mòn của Magiê, sản xuất vật liệu bán dẫn và pin quang điện. Nguồn khai thác Telu chủ yếu trong công nghiệp là bụi khói của lò đốt pirit trong sản xuất axit sunphuric và bùn anôt trong quá trình tinh chế đồng bằng phương pháp điện phân. Dùng MnO2 (manganđioxit) để ô xi hoá Telu ở trong các chất thải đó thành điôxit rồi tách lấy điôxit đó và cho tác dụng với khí SO2 theo phản ứng: TeO2 + 2SO2 = Te + 2SO3 Telu thường đi kèm với selen trong một số đối tượng mầu, Có thể sử dụng một số phương pháp để xác định telu: Trong bản khoá luận này, chúng tôi nghiên cứu xác định telu ở dạng Te4+ bằng phương pháp von-ampe hoà tan catot trên điện cực giọt Hg treo. Ngoài ra còn có thể xác định Telu bằng một số phương pháp khác như phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phổ phát xạ nguyên tử, phương pháp sắc ký và phương pháp so màu với xylen dacam...
Mở đầu Telu là một nguyên tố hiếm trong vỏ trái đất, nó thờng có trong hợp phần của phún thạch khí núi lửa và chỉ tồn tại với lợng nhỏ 10 -7 % trọng lợng vỏ trái đất (khoảng 0,0001ppm ). Telu (Te) đợc Muller phát hiện ra năm 1782 và 16 năm sau đó đợc Klaproth đặt tên là Telu tức là đất. Trong tự nhiên, Telu tồn tại trong nhiều dạng khoáng vật hiếm và thờng đi cùng với các kim loại nặng khác nh Cu, Pb, Hg, và Au . Khoáng vật điển hình của Telu là Telurua và nó tơng tự nh Sunfua. Ví dụ: PbTe(Chì Telurua); Ag 2 Te(Bạc Telurua); Bi 2 Te 3 (Bismut Telurua). Telu có một tính chất đặc biệt rất đặc trng cho nó là khả năng kết hợp với vàng tạo thành khoáng vật bền vững, khó bị phá vỡ, điều này rất có lợi trong việc loại bỏ Telu tuy nhiên trong quá trình khai thác và tinh luyện vàng điều này lại gây cản trở bởi sự tạo nên khoáng vật bền đó. Trong công nghiệp, Telu thờng đợc dùng làm tác nhân lu hoá thứ cấp với cao su tự nhiên và GR-S, dùng để điều chỉnh độ xốp của thép, cải tiến độ bền cơ học của đồng, cải tiến tính chất vật lý của chì và thiếc, làm tăng khả năng chống ăn mòn của Magiê, sản xuất vật liệu bán dẫn và pin quang điện. Nguồn khai thác Telu chủ yếu trong công nghiệp là bụi khói của lò đốt pirit trong sản xuất axit sunphuric và bùn anôt trong quá trình tinh chế đồng bằng phơng pháp điện phân. Dùng MnO 2 (manganđioxit) để ô xi hoá Telu ở trong các chất thải đó thành điôxit rồi tách lấy điôxit đó và cho tác dụng với khí SO 2 theo phản ứng: TeO 2 + 2SO 2 = Te + 2SO 3 Telu thờng đi kèm với selen trong một số đối tợng mầu, Có thể sử dụng một số phơng pháp để xác định telu: Trong bản khoá luận này, chúng tôi nghiên cứu xác định telu ở dạng Te 4+ bằng phơng pháp von-ampe hoà tan catot trên điện cực giọt Hg treo. Ngoài ra còn có thể xác định Telu bằng một số phơng 1 ph¸p kh¸c nh ph¬ng ph¸p phæ hÊp thô nguyªn tö, phæ ph¸t x¹ nguyªn tö, ph¬ng ph¸p s¾c ký vµ ph¬ng ph¸p so mµu víi xylen dacam . Ch¬ng 1: Tæng quan 2 1.Tính chất 1.1. Tính chất vật lý của Telu [1,2] Telu là nguyên tố hoá học có số thứ tự nguyên tử là 52 trong bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleep, với khối lợng nguyên tử là 127,61. Telu có 12 đồng vị trong đó có 8 đồng vị bền là 120 Te, 122 Te, 123 Te , 124 Te , 125 Te , 126 Te , 128 Te , 130 Te, 4 đồng vị nhân tạo không bền có ích là 127 Te, 129 Te, 131 Te, 132 Te. Dạng thù hình bền của Telu là dạng lục giác có mầu trắng bạc gồm những mạch chữ chi Te n của các nguyên tử Telu, nó không tan trong nớc cũng nh trong bất kì loại dung môi nào khác. Tuy nhiên nó giòn, dễ nghiền thành bột. Dạng màu nâu đợc tạo ra khi Telu kết tủa trong nớc, ngoài ra Telu còn có một số dạng thù hình khác nhng không hoàn thiện. Telu vô định hình là chất bột màu hung, ở 25 0 C chuyển sang dạng tinh thể. ở nhiệt độ cao, hơi của Telu gồm những phân tử thuận từ Te 2 , độ bền nhiệt của những phân tử này nhỏ nhất so với các phân tử cùng nhóm 6 nh O 2 , S 2 , Se 2 . Độ bền nhiệt của Te 2 là 226 kJ/ mol. Telu có nhiệt độ nóng chảy tơng đối cao 450 0 C và nhiệt độ sôi của Telu tinh thể lên tới 994 0 C. So với thang chuẩn Mohs, Telu có độ cứng là 2,3. Telu một nguyên tố đa hoá trị, với các hoá trị có thể có là -2, 2, 4, 6. 1.2. Tính chất hoá học của Telu[1,2] Telu có thể tác dụng với nhiều kim loại tạo thành các Telurua giống sunphua. 2 Ag + Te = Ag 2 Te Telu không tác dụng với hidro, tác dụng với Flo và Clo ngay ở nhiệt độ thờng: Te + Cl 2 = TeCl 2 Và với ôxi chỉ khi đung nóng: Te + O 2 = TeO 2 3 Telu tác dụng với hơi nớc ở nhiệt độ 100 - 150 0 C Te + 2H 2 O = TeO 2 + 2H 2 Telu không phản ứng với các axit không có tính ô xi hoá, với những axit có tính ôxi hoá mạnh nh axit sunphuaric đặc và axit nitric đặc, Te phản ứng giống nh lu huỳnh. Te + 2 H 2 SO 4 = TeO 2 + 2 SO 2 + 2H 2 O Trong dung dịch kiềm, Telu phản ứng giống nh lu huỳnh 3 Te + 6 KOH = K 2 TeO 3 + K 2 Te + 3H 2 O Trong nớc cờng thuỷ Telu phản ứng tạo ra axit Telurơ Te + 2 HNO 3 + H 2 SO 4 = H 2 TeO 3 + 2 NO 2 + SO 2 + H 2 O Trong dung dịch có pH < 7, những nguyên tố đứng trớc Telu trong dãy điện hóa nh Sn, Pb, Cu, Ag . có thể thế Telu trong hợp chất của nó. 1.3 Hợp chất của Telu 1.3.1 Telu đioxit Khác với lu huỳnh trạng thái lai hoá sp 2 không đặc trng cho Te nên Telu đioxit là hợp chất polime và nó là chất dạng tinh thể không màu, có mạng lới ion kiểu Rutin và nóng chảy ở 733 0 C. Telu dioxit hầu nh không tan trong nớc nhng tan trong dung dịch kiềm tạo thành muối Telurit. Phơng trình phản ứng: TeO 2 + 2 KOH = K 2 TeO 3 Telu dioxit còn có thể tan trong dung dịch axit: TeO 2 + 4 HCl = TeCl 4 + 2H 2 O Nh vậy Telu dioxit là hợp chất có tính lỡng tính. ngoài ra Telu dioxit còn là một chất oxihoá mạnh dễ bị khử đến Telu nguyên tố. Phơng trình minh họa: TeO 2 + 2 SO 2 = Te + 2 SO 3 Telu dioxit đợc điều chế bằng cách đun nóng để làm mất axit của 2TeO 2 .HNO 3 (2TeO 2 .HNO 3 là sản phẩm thu đợc khi cho Telu tác dụng với axit Nitric nóng). 4 1.3.2 Telu trioxit Telu trioxit là chất rắn, tồn tại dới một vài dạng điển hình là dạng vàng và dạng xám. TeO 3 là hợp chất kém bền nhiệt, phân hủy giải phóng oxi ở trên 400 0 C. Telu trioxit tan chậm trong nớc nóng tạo thành dung dịch axit Teluric theo phơng trình: TeO 3 + H 2 O = H 2 TeO 4 Tan tốt trong dung dịch kiềm tạo thành muối Telurat: TeO 3 + 2 KOH = K 2 TeO 4 + H 2 O Telu trioxit có tính oxihoá mạnh và đợc điều chế khi ta đun nóng axit Teluric ở nhiệt độ 300 - 500 0 C. H 6 TeO 6 = TeO 3 + 3 H 2 O 1.3.3 oxiaxit của Telu 1.3.3.1 axit Telurơ axit Telurơ đợc sinh ra khi cho Telu dioxit tác dụng với nớc : TeO 2 + H 2 O = H 2 TeO 3 axit Telurơ không tách ra đợc ở trạng thái tự do vì ngay khi tách ra từ dung dịch nó đã mất một phần nớc tạo thành Hidrat xTeO 2 .yH 2 O( x>y ) và nó cũng là một hợp chất kém bền nhiệt, khi đun nóng nhẹ chúng dễ mất nớc tạo thành anhidrit TeO 2 . axit Telurơ là một axit có tính lỡng tính: Tan trong kiềm cho muối Telurit, còn tan trong axit cho ta muối của Te 4+ . Phơng trình phản ứng: H 2 TeO 3 + KOH = K 2 TeO 3 + H 2 O H 2 TeO 3 + 4 HCl = TeCl 4 + H 2 O 1.3.3.2 axit Teluric axit Teluric đợc điều chế bằng tơng tác của Telu hay Telu dioxit với những chất oxihoá mạnh nh H 2 O 2 . phơng trình phản ứng: TeO 2 + H 2 O 2 = H 2 TeO 4 5 axit Teluric tồn tại ở dạng tinh thể không màu, ít tan trong nớc lạnh và tan đợc trong nớc nóng. Khi kết tinh từ dung dịch ở nhiệt độ dới 10 0 C nó tách ra dới dạng hidrat H 6 TeO 6 .4H 2 O và ở nhiệt độ thờng dới dạng H 6 TeO 6 . axit Teluric là một axit yếu và không thể chuẩn độ đợc bằng NaOH. Những nguyên tử H trong axit Teluric có thể thay thế một phần hoặc hoàn toàn bằng những nguyên tử kim loại, với những cation có bán kính lớn thì muối của axit Teluric là muối axit nh KH 5 TeO 6 . Khi đun nóng trong bình kín ở nhiệt độ 140 0 C, H 6 TeO 6 chuyển sang một dạng thù hình khác ứng với công thức kinh nghiệm là H 2 TeO 4 . Đây là một chất lỏng nhớt có thể trộn lẫn hoàn toànvới nớc và khi để lâu trong dung dịch nớc nó chuyển dần sang dạng H 6 TeO 6 (axit orthoteluric). 2. Tính chất cực phổ của Telu Lingane và Niedrach [3,4] đã nghiên cứu tính chất cực phổ của Telu trong các môi trờng đệm có khoảng pH rộng và đã đa ra các kết quả có tính chất hệ thống. 2.1 Telu hóa trị 6. Theo các tác giả này Telu hóa trị 6(Te 6+ ) không có khả năng bị khử trên điện cực giọt Thuỷ ngân, tuy nhiên Issa và các đồng sự [3,4] lại cho rằng Te 6+ bị khử trên giọt thuỷ ngân tạo thành Te 2- ở thế rất âm trong môi trờng bazơ yếu. 2.2 Telu hóa trị 4 Sóng cực phổ điển hình của Te 4+ đã đợc Lingane và Niedrach ghi đợc ở khoảng pH từ 0,4ữ 6,9 trong đệm citrat. Có hai sóng chính đó là : Sóng khuyếch tán và sóng có cực đại. Khi tăng pH, sóng khuyếch tán và sóng đỉnh dịch chuyển về phía âm hơn. Khi tăng nồng độ Telu, sóng thứ hai sinh ra và sóng thứ nhất vẫn giữ nguyên. Dòng khuyếch tán toàn phần tỷ lệ với nồng độ Telu từ 3.10 -4 đến 3.10 -3 M. Độ cao của sóng thứ nhất không thay đỏi theo nồng độ bởi có sự tạo nên một lớp sản phẩm mỏng(telu nguyên tố trên điện cực). Bằng ph- ơng pháp Culong đã chứng minh đợc dòng khuyếch tán toàn phần đứng trớc sóng cực đại ứng với sự khử 4 electron 6 H 2 TeO 3 + 4H + + 4e Te + H 2 O Trong môi trờng ammoniac chỉ sinh ra một sóng khuyếch tán duy nhất tr- ớc sóng cực đại. Nét nổi bật của cực phổ đồ Te 4+ là sóng cực đại lớn xuất hiện sau sóng khuyếch tán ở vùng thế âm hơn, phản ứng điện cực của nó là: Te 0 + 2e Te 2- Sóng cực đại này khác hẳn với sóng cực phổ trong cực phổ cổ điển, thế của nó phụ thuộc vào pH của dung dịch nền. Nhiều tác giả khác [3,4] đã nghiên cứu và ứng dụng xác định Telu bắngóng khuyếch tán trong môi trờng đệm ammoniac (NH 4 Cl + NH 4 OH; NH 4 Cl + NH 4 NO 3 ; NH 4 NO 3 + NH 4 OH). Tuỳ theo thành phần cuả nền và pH mà thế bán sóng dịch chuyển từ - 0,6 V đến - 1,0 V. Ngoài nền đệm Bazơ, các tác giả [3,4] đã nghiên cứu việc xác định Telu bằng sóng khuyếch tán trong môi trờng axit mạnh hoặc là trong hỗn hợp các axit mạnh nh HCl +H 2 SO 4 . ở các nền axit đó Telu cho hai sóng đó là sóng khuyếch tán có E 1/2 = - 0,1 V, sóng thứ hai là sóng có cực đại với E p = - 0,8 V, cờng độ của sóng thứ hai thờng lớn hơn cờng độ của sóng thứ nhất cỡ 5 lần. Bằng phơng pháp cực phổ dao động, Telu đã đợc xác định đến 5.10 -7 trong nền axit Nitric 0,01 M(HNO 3 0,01 M). Lialikop và cộng sự [3,4] đã nghiên cứu cực phổ xung của Telu trong nền HCl 1M, trong nền này có thể xác định đợc đến 1.10 -6 M. 2.3 Telu hóa trị -2 Cũng Lingane và Niedrach đã nghiên cứu sóng cực phổ của ion Te 2- và khẳng định đó là sóng anot thuận nghịch trong mọi giá trị pH từ 0 đến 14. Cớ chế của sóng anot này có thể là do sự oxihóa Te 2- -2e Te, hơn là sự khử điện cực của Thủy ngân để tạo thành Telu Thủy ngân [Hg(Te)]. Tóm lại: Telu hóa trị 4(Te 4+ ) cho hai sóng cực phổ đồ gồm sóng khuyếch tán và sóng có dạng cực đại trong các môi trờng khác nhau, nhng độ nhạy phép đo xác định Telu đạt đợc cao hơn cả là sóng có cực đại trong môi trờng axit. 7 Telu hóa tri 4 có đặc trng phân tích cực phổ thuận lợi, vì thế nên chuyển các dạng Telu hóa trị khác nhau về Telu hóa trị 4 bằng những phản ứng hóa học thích hợp. Nhiều ứng dụng của Telu đang là mối quan tâm hiện nay bởi vậy việc tìm ra phơng pháp tách và xác định Telu là rất cần thiết. 3. Các phơng pháp xác định Telu 3.1 Các phơng pháp xác định lợng lớn[2] 3.1.1 Phép phân tích trọng lợng Nguyên tắc là dựa trên sự tạo thành các hợp chất ít tan sau đó đem nung để nguội rồi cân trọng lợng. Phơng pháp kết tủa TeO 2 [2] Kết tủa Te 4+ với SO 2 hoặc H 2 S trong axit HNO 3 2:1, sau đó đun nóng kết tủa tới khô với vài giọt H 2 SO 4 và nung nhẹ TeO 2 trong chén sứ rồi đem cân. Phơng pháp kết tủa H 2 S [2] Khi ta cho H 2 S vào dung dịch chứa Te 4+ ; Cu 2+ và các ion kim loại nhóm Asen, lúc đó S 2- sẽ tạo kết tủa sunfua với Cu 2+ và các ion kim loại nhóm Asen, lọc loại bỏ hết kết rủa và thu lấy phần dịch lọc. axit hóa phần dịch lọc bằng axit HCl khi đó Mo 6+ ; As 4+ và Te 4+ sẽ kết tủa. Hòa tan kết tủa này bằng dung dịch (NH 4 ) 2 S khi đó kết tủa Te tan dễ dàng (với điều kiện là không kết tủa trong dung dịch nóng). Khi đó lọc bỏ hết các kết tủa thu đợc dịch lọc chứa Te dạng TeS 2 . Kết tinh lại thu đợc kết tủa TeS 2 , sau đó đem cân ghi lấy khối lợng thu đợc. Ngoài ra có thể sử dụng Glucozơ để kết tủa Te 4+ từ một dung dịch kiềm hoặc dùng hydrazin để kết tủa và xác định Telu từ axit Teluric. 3.1.2 Phơng pháp phân tích thể tích [2] - Chuẩn độ oxi hóa khử bằng KMnO 4 Có thể xác định Te 4+ bằng KMnO 4 bằng cách cho KMnO 4 d vào dung dịch chứa Te 4+ rồi sau đó chuẩn lợng d KMnO 4 bằng dung dịch Fe 2+ cho tới khi mất màu tím của dung dịch KMnO 4. Phơng trình phản ứng 8 2 KMnO 4 + 5 H 2 TeO 3 + 3 H 2 SO 4 = 5 H 2 TeO 4 +2 MnSo 4 + 3 H 2 O - Sự khử ion Bromua của axit Teluric Axit Teluric có thể đợc xác định một cách chính xác khi đun nóng dung dịch với Bromua d: H 2 TeO 4 + 2 HBr = H 2 TeO 3 + Br 2 + H 2 O Dẫn Br 2 vào dung dịch KI lạnh I 2 đợc giải phóng một cách định lợng. Sau đó chuẩn lợng I 2 đợc giải phóng ra bằng dung dịch chuẩn Thiosunfat với chỉ thị hồ tinh bột. 3.2 Phơng pháp xác định lợng vết 3.2.1 Phơng pháp cực phổ [5,6] Trớc hết ta cần hiểu cực phổ là gì? Cực phổ là một phơng pháp điện phân trong những điều kiện đặc biệt: Chất bị điện phân có nồng độ rất nhỏ 10 -3 đến 10 -6 M; Hệ điện cực gồm có điện cực làm việc thờng dùng là điện cực giọt thủy ngân, điện cực so sánh (Điện cực Ag/AgCl.KCl), điện cực phụ trợ Pt); điện thế đặt vào điện cực làm việc là điện thế một chiều biến thiên liên tục và chậm để điện thế này đợc coi là không đổi trong quá trình đo dòng I . Phơng pháp cực phổ đợc nhà hóa học ngời Tiệp Khắc cũ có tên là Heyrovsky phát minh ra vào năm 1922. Đây là một phơng pháp sâu sắc về mặt lý thuyết và rộng rãi về mặt thực tiễn, phơng pháp này trớc hết đợc áp dụng trên nhiều lĩnh vực phân tích với những u điểm cơ bản là với thiết bị tơng đối đơn giản có thể phân tích nhanh, nhạy, chính xác hàng loạt hợp chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách riêng chúng ra khỏi thành phần hỗn hợp. Từ năm 1922 đến nay phơng pháp này ngày càng đợc cải tiến và hoàn thiện nhằm nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của phơng pháp. Cơ sở của phơng pháp cực phổ là dựa trên các phản ứng điện hóa của các chất điện hoạt trong dung dịch chất điện ly trên điện cực giọt thủy ngân theo phản ứng: ox + ne = Red Trong đó : ox là dạng oxi hóa Red là dạng khử 9 n là số electron trao đổi Theo phơng trình định lợng Ilkovic : I d = 605.n.D 1/2 .m 2/3 .t 1/6 .C Với I d : Cờng độ dòng khuyếch tán cực đại (àA) t : Chu kì giọt (s) m: Lợng thủy ngân chảy ra từ mao quản (mg/s) D : Hệ số khuyếch tán (cm 2 /s) C : Nồng độ chất phân tích (mM) Thực tế khi đo những dung dịch ngay cả khi không có chất điện hoạt thì chúng ta cũng vẫn ghi đợc một dòng điện, dòng điện này đợc gọi là dòng tụ điện và do ảnh hởng của dòng tụ điện này nên độ nhạy của phơng pháp chỉ đạt 10 -4 ữ 10 -5 . Nh vậy một vấn đề đặt ra là cần loại trừ dòng tụ điện nhằm nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc. Loại trừ ảnh hởng của dòng tụ điện : Nâng cao tỷ số Tín hiệu đo/Tín hiệu nhiễu (Phơng pháp cực phổ xung vi phân, cực phổ sóng vuông). Làm giàu chất trên bề mặt điện cực bằng phản ứng oxi hóa kết tủa, khử chất, sau đó hòa tan sản phẩm kết tủa và ghi tín hiệu hòa tan (Ph- ơng pháp Von-Ampe hòa tan). 3.2.2.1 Phơng pháp cực phổ xung vi phân (DPP) Trong phơng pháp này điện cực chỉ thị (Điện cực giọt Hg) đợc phân cực bằng điện áp một chiều tuyến tính với một tốc độ chậm (1-2 mV/s) vào mỗi chu kì giọt (giọt rơi cỡng bức nhờ bộ gõ) trên khung điện áp biến đổi một chiều ng- ời ta đặt thêm một xung vuông góc vơi biên độ, thay đổi trong khoảng 10-100 mV, và độ dài xung từ 40-100 ms (tùy theo tiêu chuẩn mỗi nớc). Cờng độ dòng cực phổ ghi 2 lần, một lần tại thời điểm T 1 = 17 ms trớc khi nạp xung, tại thời điểm này có thể xem dòng Faraday và dòng tụ điện nh phơng pháp cực phổ cổ điển và lần 2 tại thời điểm T 2 = 17 ms trớc khi ngắt xung. Kết quả ghi ra là hiệu hai cơcngf độ dòng, do đó đờng cực phổ có dạng một cực đại. 10
