1 Ảnh Hưởng Của Ph Tới Sự Tạo Phức Sắt III Với Axit Sùnosalixitic 2 MỤC 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 1.2.1 Khả năng tạo phức của Fe 3+ với thuốc thử axit sunfosalixilic 11 1.2.2 Khả năng tạo phức của Fe với các thuốc thử khác 11 1.2.2.1 . Thuốc thử SCN - 11 1.2.2.2 .Thuốc thử o – phenantrolin 13 1.2.2.3 .Thuốc thử bato – phenantrolin 13 1.2.2.4 .Thuốc thử 1– (2–pyridylazo) –2–naphthol (PAN) 14 1.2.2.5 . Thuốc thử 4– (2–pyridylazo) –rezocxin (PAR) 14 1.2.2.6 .Thuốc thử trioxyazobenzen (TOAB) 15 3 1.3 Nghiên cứu về thuốc thử axit sunfosalixilic 16 1.3.1 Tính chất của thuốc thử axit sunfosalixilic 16 1.3.2 Khả năng tạo phức của axit sunfosalixilic 17 1.4 Các phương pháp xác định sắt 17 1.4.1 Phương pháp khối lượng 17 1.4.2 Phương pháp trắc quang 17 1.4.3 Phương pháp chuẩn độ oxi hoá khử 18 1.4.4 Các phương pháp khác xác định sắt 19 1.5 Các phương pháp xác định thành phần phức 19 1.5.1 Phương pháp hệ đồng phân tử gam 19 1.5.2 Phương pháp tỷ số mol 19 1.6 Các phương pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức 19 1.6.1 Phương pháp hệ đồng phân tử gam 19 1.6.2 Phương pháp xử lí thống kê đường chuẩn 20 1.6.3 Phương pháp Komar 20 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 5 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong công nghệ Hóa học thì hóa học phân tích đã khẳng định được vai trò của mình qua việc sử dụng các phương pháp hóa học, vật lý, hóa lý khi nghiên cứu thành phần của chất. Một trong những phương pháp đạt được những thành tựu to lớn trong khoa học nghiên cứu là phương pháp trắc quang khi xác định hàm lượng của các nguyên tố, các chất và hợp chất. Với những thành tựu đạt được từ phương pháp trắc quang đó mở ra những cơ hội mới cho việc nghiên cứu, đi sâu hơn tìm hiểu và ứng dụng của phương pháp này trong thực tiễn, tìm ra các yếu tố ảnh hưởng,…. Vì vậy mà tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe 3+ với axit sunfosalixilic (SSal) ” làm bài khóa luận tốt nghiệp . 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 2.1 .Mục tiêu: - 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 Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe 3+ với axit sunfosalixilic ( Fe(III) - SSal) bằng phương pháp trắc quang. Nếu đề tài nghiên cứu thành công, có thể áp dụng cho việc xác định hàm lượng Fe trong rau muống và một số chất khác. 6. Lịch sử đề tài nghiên cứu Đề tài này đã được nghiên cứu nhưng chỉ dừng lại ở chỗ xác định thành phần phức của Fe(III) - SSal bằng phương pháp trắc quang. Tôi chọn đề tài này để tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe 3+ với axit sunfosalixilic ( Fe(III) – SSal ) và tìm ra một số hệ số thích hợp. 7. Giới hạn đề tài nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong phạm vi: - Nghiên cứu phương pháp trắc quang trong hoá học phân tích. - Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe(III) – SSal. 7 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 .Sơ lược về nguyên tố sắt 1.1.1 Vị trí và cấu tạo của sắt Sắt là một nguyên tố kim loại phổ biến (sau nhôm), đứng thứ tư về hàm lượng 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)   C 0 700 Fe (β)   C 0 911 Fe (γ)   C 0 1390 Fe (δ)   C 0 1538 Fe lỏng Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe (α) có tính sắt từ và Fe (β) có tính thuận từ, Fe (α) khác với Fe (β) là không hòa tan C. Dạng Fe (γ) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện, dạng Fe (δ) có cấu trúc lập phương tâm khối như dạng α và β nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. 8 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 ) Độ cứng (thang Moxơ) 10 2880 1536 1,26 1,83 7,91 4 - 5 Năng lượng ion hóa: Mức năng lư ợng ion hóa I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 Năng lượng ion hóa (eV) 7,9 16,18 30,63 56 * 79 * 103 * Giá trị chưa đủ độ tin cậy. 1.1.2.2. Tính chất hóa học: Sắt là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện thường nếu không có 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 Khí Cl 2 phản ứng rất dễ dàng với sắt tạo thành FeCl 3 là chất dễ bay hơi nên không tạo được màng bảo vệ: 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 Sắt tác dụng trực tiếp với khí CO tạo thành cacbonyl kim loại. Sắt tinh khiết bền trong không khí và nước. Ngược lại, sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn dưới tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxi ở trong không khí tạo nên gỉ sắt: 4 Fe + 3O 2 → 2Fe 3 O 4 do lớp gỉ sắt xốp và giòn nên không bảo vệ sắt tránh bị oxi hóa tiếp. Sắt phản ứng với nước: ở nhiệt độ nóng đỏ, sắt phản ứng với hơi nước: Fe + H 2 O    C O 570 FeO + H 2 9 3Fe + 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 3 . Muối của Fe 2+ với axit mạnh như: HCl, H 2 SO 4 ,… dễ tan trong nước, còn muối của các axit yếu như: FeS, FeCO 3 ,… khó tan. Khi tan trong nước, muối sắt ở dạng [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ màu lục nhạt. Màu lục của [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ rất yếu nên thực tế dung dịch của muối Fe 2+ không có màu. Muối FeSO 4 là chất tinh thể màu trắng, dễ hút ẩm và dễ tan trong nước. Khi kết tinh từ dung dịch 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 2 O 3 + SO 3 + SO 2 Quan trọng với thực tế nhất là (NH 4 )Fe(SO 4 ) 2 .6H 2 O, được gọi là muối Mohr. Tinh thể muối Mohr có màu lục, dễ kết tinh, không hút ẩm và bền với oxi không khí nên được dùng để pha dung dịch chuẩn Fe 2+ trong hoá học phân tích. Fe(OH) 3 bền trong không khí, không tan trong nước và trong dung dịch NH 3 . Fe(OH) 3 tan dễ dàng trong axit tạo thành dung dịch muối Fe 3+ . 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 2 O màu tím nhạt… Muối Fe 3+ bị thuỷ phân mạnh nên dung dịch có màu vàng nâu. Chỉ trong dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH<1) sự thuỷ phân mới bị đẩy lùi. Các muối sắt Fe 3+ cũng dễ bị khử về muối Fe 2+ bằng nhiều chất khử khác nhau như: HI, N 2 H 4 , …. 2FeCl 3 + 2HI → 2FeCl 2 + I 2 + 2HCl Fe 2 O 3 có màu nâu đỏ, được điều chế bằng cách nung kết tủa Fe(OH) 3 . Fe 2 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 3 [Fe(CN) 6 ] → KFe[Fe(CN) 6 ] + 2KCl KFe[Fe(CN) 6 ] kết tủa màu xanh chàm và được gọi là xanh Tuabin. Kaliferixianua khi đun nóng trong dung dịch kiềm chuyển thành Kaliferoxianua: 4K 3 [Fe(CN) 6 ] + 4KOH → 4K 4 [Fe(CN) 6 ] + 2H 2 O + O 2 1.1.3. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ 4 sau O, Si, Al. Sắt ở trạng thái tự do trong các mảnh thiên thạch và các khoáng vật,… Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền: 54 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 4 ) chứa đến 72,42 % sắt, hematit (Fe 2 O 3 ) chứa 60% sắt, pirit (FeS 2 ) chứa 46,67 % sắt và xiderit (FeCO 3 ) chứa 35% sắt. Ngoài những mỏ lớn tập trung, sắt còn ở phân tán trong khoáng vật của những nguyên tố phổ biến như nhôm, titan, mangan,… Sắt còn có trong nước thiên nhiên, trong các thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi xuống trái đất. Trung bình trong 20 thiên thạch rơi xuống thì có một thiên thạch sắt (chứa 90% sắt). Nhiều nước trên thế giới có giàu quặng sắt như: Thụy Điển, Nga, Pháp, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Mỹ, Canada, Cuba, Brazin, Nam Phi,… Cách đây hơn 4000 năm, loài người đã biết luyện sắt từ quặng. Sắt luyện được cứng và bền hơn bronzơ nên là [...]... xác Fe3+ , thêm nước cất đến vạch định mức Để 20 ph t rồi đo mật độ quang của ph c tạo thành 2.4 Ph ơng ph p nghiên cứu Dùng ph ơng ph p trắc quang xác định các điều kiện tối ưu cho sự tạo ph c (λ tư , pHtư ,…) sử dụng điều kiện tối ưu để xác định thành ph n của ph c Fe (III) – SSal ở các pH khác nhau, từ đó xét ảnh hưởng của pH đến sự tạo ph c 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát các ph ... bằng ph ơng ph p thuỷ luyện Sắt là nguyên tố quan trọng cho sự sống và công nghiệp Vì thế người ta tìm nhiều cách thức và ph ơng ph p để tách và làm giàu nguyên tố này 1.2 Sự tạo ph c của sắt với thuốc thử hữu cơ 1.2.1 Khả năng tạo ph c của Fe3+ với thuốc thử axit sunfosalixilic Fe3+ + m SSal  [ Fe(SSal)m ](3-2m)+ Đối với Fe2+ axit sunfosalixilic tạo ph c với Fe2+ có màu ph thuộc vào nồng độ axit của. .. ph ơng ph p nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự tạo ph c của Fe(III) với axit sunfosalixilic bằng ph ơng ph p trắc quang Xác định thành ph n ph c: 1.5.1 .Ph ơng ph p hệ đồng ph n tử gam ( ph ơng ph p biến đổi liên tục, ph ơng ph p Oxtromưxlenko-Job ) Chuẩn bị hai dãy dung dịch có nồng độ hằng định  Dãy dung dịch 1: CFe3+ + CSSal =aM  Dãy dung dịch 2: CFe3+ + CSSal =bM Tiến hành đo mật độ quang của dung... chỉ nghiên cứu 2 khoảng pH (pH = 2,0 chỉnh bằng HCl và pH = 4,5 chỉnh bằng đệm axetat) 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sự tạo ph c  Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng tạo ph c để xét xem ở khoảng thời gian nào thì ph c có mật độ quang ổn định Dung dịch ph c: C Fe = 2,0.10-5M ; CSSal = 10.10-5 M; C NaNO = 0,1 M 3 3  Đo mật độ quang của dung dịch ph c Fe (III) - SSal có... màu của Fe3+ - SCN- Do đó muốn sử dụng ph ơng ph p này cần ph i tách các ion ảnh hưởng đến màu của ph c Ph ơng ph p dùng thuốc thử SCN- có giới hạn ph t hiện kém, độ chính xác thấp mà được sử dụng rộng vì ph ơng ph p này đơn giản, nhanh, áp dụng được trong các dung dịch axit mạnh và chi ph của nó tương đối thấp Ph ơng ph p này xác định được hàm lượng sắt từ 1 – 10 ppm Người ta cũng đã sử dụng ph c của. .. của ph c 1.6.1 .Ph ơng ph p hệ đồng ph n tử gam Ph ơng ph p này được sử dụng rất ph biến để xác định thành ph n của ph c màu Pha một dãy dung dịch: CFe3+ = CSSal và có CFe3+ + CSSal = const ( ở cùng các điều kiện tối ưu) Đo mật độ quang của các dung dịch , ta có đồ thị: 21 A a o CSSal 1.6.2 .Ph ơng ph p xử lí thống kê đường chuẩn Khi nghiên cứu sự ph thuộc mật độ quang và nồng độ của ph c sẽ thiết...  được ph ơng trình đường chuẩn có dạng: Trong đó: a n  Ci Ai   Ci  Ai n. Ci2  ( Ci ) 2 2 i   ph c C A   C  C A b   n. C  ( C ) i 2 i i i i 2 i 1.6.3 .Ph ơng ph p Komar Ph ơng trình: M + qHR  MRq + qH+ , Kcb Điều kiện để áp dụng ph ơng ph p Komar: - Đã biết được thành ph n ph c - Đã nghiên cứu cơ chế của ph n ứng tạo ph c từ đó viết được ph ơng trình của ph n ứng tạo ph c -... sánh với mẫu trắng tại bước sóng max Suy ra thành ph n ph c: Fe(SSal)m(3-2m)+ 1.5.2 .Ph ơng ph p tỷ số mol (ph ơng ph p đường cong bão hòa) Pha 2 dãy dung dịch có CFe3+ = const CSSal thay đổi và CFe3+ thay đổi CSSal = const Tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng max , ta cũng thu được dãy các A Suy ra thành ph n ph c: [Fe(SSal)m](3-2m)+ 1.6.Các ph ơng ph p xác định hệ số hấp thụ ph n tử của ph c 1.6.1 .Ph ơng... thành ph n ph c ở khoảng pH thứ nhất theo ph ơng ph p đồng ph n tử gam Nhận xét: Ta thấy, mật độ quang đạt cực đại ở V (Fe3+ ) = V( SSal ) , tức là thành ph n ph c có tỉ Fe   5.10 3 lệ là SSal  5.10 5 5  1 Như vậy ở khoảng pH = 2,0 ta xác định Được thành ph n 1 ph c có tỉ lệ 1: 1  Xác định hệ số hấp thụ ph n tử gam theo ph ơng ph p đồng ph n tử gam: CFe3+ ( M ) CSSal (M ) A ε =A/l.Cphức 0,060... amoni [Fe(SSal)3] 3- Vàng da cam > 12 Ba zơ 420 - 430 Ph n hủy Ở pH > 12 ph c bị ph n hủy do xảy ra sự hình thành ph c hidroxo 1.2.2 Khả năng tạo ph c của Fe với các thuốc thử khác 1.2.2.1 Thuốc thử thioxianat (SCN-) Thioxianat là một thuốc thử nhạy đối với Fe3+, được dùng để định tính và định lượng hàm lượng sắt Vì axit thioxianat là một axit mạnh nên nồng độ SCN- ít bị ảnh 13 hưởng bởi pH trong dung . thành ph n của ph c sắt (III) với axit sunfosalixilic bằng ph ơng ph p trắc quang. - Vận dụng ph ơng ph p này trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo ph c của Fe 3+ với axit sunfosalixilic. tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng của pH 4.2 .Khách thể: Sự tạo ph c của Fe 3+ và axit sunfosalixilic (SSal ) 5. Giả thuyết khoa học Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo ph c. Ph ơng ph p nghiên cứu 23 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát ph hấp thụ của ph c 24 3.2 Khảo sát pH tối ưu và ảnh hưởng của pH đến sự tạo ph c 26 3.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời