Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC *************** TRỊNH THỊ ĐIỆP NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC CỦA ION Mn2+ VỚI XILEN DA CAM BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học phân tích Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S PHÍ VĂN HẢI HÀ NỘI – 2009 -1- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Lời cảm ơn Trƣớc tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thày giáo – Thạc sĩ Phí Văn Hải, ngƣời giúp đỡ, bảo tận tình suốt trình em thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm, thày cô giáo khoa Hóa trƣờng ĐHSP Hà Nội 2, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình em thực đề tài Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2009 Sinh viên Trịnh Thị Điệp -2- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Lời cam đoan Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tạo phức Mn(II) với Xilen dacam phƣơng pháp trắc quang” Là công trình nghiên cứu riêng Tuy đề tài hoàn toàn nhƣng kết nghiên cứu đề tài không trùng với kết tác giả khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2009 Tác giả Trịnh Thị Điệp -3- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá LỜI MỞ ĐẦU Mangan (tên La tinh Manganum) nguyên tố hoá học nhóm VII hệ thống tuần hoàn Menđêleep, số thứ tự nguyên tử 25, khối lƣợng nguyên tử 54,938 Mangan, nguyên tố đặc biệt quan trọng ngành luyện kim đen đƣợc nhà hoá học Thụy Điển Silơ (K.Scheele) tìm năm 1774 Nhà hoá học Thụy Điển Gan (G.Ganh) lần điều chế đƣợc mangan dạng tinh khiết nung đỏ khoáng vật piroluzit MnO2 chén nung có phủ than gỗ Mangan nguyên tố phổ biến, hàm lƣợng vỏ Trái Đất 0,1% tổng khối lƣợng Ngƣời ta không gặp mangan trạng thái tự Các quặng mangan piroluzit MnO2, haumanit Mn3O4, braunit Mn2O3, maganit MnO2.Mn(OH)2 Mangan nguyên tố quan trọng ngành luyên kim đen Ngƣời ta dùng hợp kim mangan với sắt, tức feromangan để loại phần lớn lƣu huỳnh oxi có hại cho kim loại khỏi gang lỏng Mangan đƣợc dùng thêm vào nhiều loại thép làm cho thép có độ cứng cao Thép giàu mangan có tính chịu mài mòn đặc biệt Thép dùng để làm phận hoạt động máy nghiền, làm đƣờng ray xe lửa Ngoài mangan có nhiều hợp kim magiê, làm tăng độ bền chúng chống ăn mòn Mangan có với lƣợng không đáng kể sinh vật: Là nguyên tố vi lƣợng, mangan có vai trò quan trọng trao đổi chất, có ảnh hƣởng đến trình tạo màu Phức chất loại hoá chất đƣợc ứng dụng rộng rãi ngày tăng hầu hết lĩnh vực khác nhƣ hóa học, sinh học, y học, dƣợc học, nông nghiệp, công nghiệp, phân tích môi trƣờng…nhằm khai thác tài nguyên khoáng sản đất nƣớc Hoá học hợp chất phức ngày có ý nghĩa to lớn phát triển nhiều ngành khoa học ngành quan trọng hoá học đại Phức chất cầu nối độc đáo hoá học đại cƣơng, vô cơ, hữu cơ, hoá lí, phân tích hoá lí thuyết Điều khẳng định -4- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá thống hoá học khoa học nghiên cứu cấu trúc tính chất chất khác Có thể nói không nguyên tố bảng Hệ thống tuần hoàn không hình thành hợp chất phức, số lƣợng phức chất nhiều vô kể, đóng vai trò quan trọng thiên nhiên kĩ thuật Để nghiên cứu phức chất ngƣời ta áp dụng hầu hết phƣơng pháp nghiên cứu vật lí, hoá - lí đại nhằm xác định cấu trúc, thành phần, tính chất, hàm lƣợng chất nhƣ: Phƣơng pháp điện thế, phƣơng pháp cực phổ, phƣơng pháp trắc quang, phƣơng pháp đo phổ dao động, phép đo phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR) cộng hƣởng thuận từ điện tử (EPR), phép đo nhiệt lƣợng…Trong phƣơng pháp trắc quang vùng phổ tử ngoại khả kiến vốn phƣơng pháp đƣợc dùng nhiều nhât để nghiên cứu phức chất dung dịch Phƣơng pháp trắc quang có độ nhạy, độ xác độ chọn lọc cao nên thƣờng đƣợc dùng để xác định hàm lƣợng bé, trung bình hàm lƣợng lớn nguyên tố nhiều đối tƣợng phân tích Phƣơng pháp thực đƣợc nhanh, thuận lợi, thiết bị đơn giản, dễ tự động hoá nên đƣợc dùng rộng rãi nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm nhà máy…Trong nghiên cứu khoa học phƣơng pháp phân tích trắc quang đƣợc dùng phổ biến Khoảng 40% báo khoa học công bố dựa số liệu phƣơng pháp Trong phƣơng pháp này, phản ứng tạo hợp chất màu đóng vai trò quan trọng, định độ nhạy, độ xác, độ chọn lọc thời gian phân tích Một số phản ứng tạo hợp chất màu quan trọng phản ứng ion kim loại với thuốc thử màu hữu Xilen da cam thuốc thử truyền thống có độ nhạy cao, đƣợc sử dụng nhiều hoá học phân tích trắc quang Đã có nhiều công trình nghiên cứu khả tạo phức, độ bền phức chất dung dịch nƣớc kim loại quí với Xilen da cam Ở -5- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá đặt vấn đề nghiên cứu tạo phức phối tử với ion kim loại Mn2+ dung dịch nƣớc phƣơng pháp trắc quang Vì lí trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo phức ion Mn2+ với Xilen da cam phƣơng pháp trắc quang” Chúng thực đề tài với nhiệm vụ sau: Nghiên cứu điều kiên tạo phức tối ƣu:  tƣ, pHtƣ , ttƣ… Xác định thành phần phức phƣơng pháp độc lập Xác định tham số định lƣợng phức:  Do điều kiện thực nghiệm thời gian có hạn, có nhiều cố gắng song luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc góp ý thày cô bạn -6- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vị trí, cấu tạo, tính chất Mangan 1.1.1 Vị trí, cấu tạo Mangan (Mn) nguyên tố hoá học nhóm VIIB bảng hệ thống tuần hoàn Menđêleep, số thứ tự nguyên tố 25, khối lƣợng nguyên tử 54,938 Cấu hình electron lớp sát là: 3d54s2 Mn nguyên tố đa hoá trị: từ I đến VII Bậc oxi hoá đặc trƣng +2, +4,+7 Ngoài tạo hợp chất với số oxi hoá +3, +5, +6 Mn (I) tồn phức rắn: [Mn ] Các trạng thái oxi hoá bền: Mn2+, MnO4-, MnO42- (chỉ bền môi trƣờng kiềm) Mn(OH)2 bị oxi hoá nhanh không khí tạo thành MnO(OH) Mn(III) không tồn dƣới dạng ion Mn3+ dung dịch, tồn dƣới dạng phức chất (với oxalat, photphat, clorua, florua ) Mn(IV) không tồn trạng thái cation Mn4+ dung dịch Nó có mặt dƣới dạng ion phức (với clorua, florua ) 1.1.2 Tính chất 1.1.2.1 Tính chất axit - bazơ Dung dịch nƣớc ion Mn2+ có màu hồng nhạt, có phản ứng axit yếu: Mn2+ + H2O  MnOH+ + H+ lg K = -10,6 (1.1) Dung dịch Mn2+ 0,01 (M) có pH  Khi kiềm hoá dung dịch Mn2+ có kết tủa trắng Mn(OH)2 tách pH > 8,8 (từ dung dịch Mn2+ 0,01 M) Mn2+ + OH-  Mn(OH)2  KS-1 = 109,6 (1.2) Cũng giống Mg(OH)2 kết tủa tan dễ axit loãng muối amoni: Mn(OH)2   Mn2+ + OH- -7- lg KS = - 9,6 (1.3) Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá NH4+  NH3 + H+ lg Ka = - 9,24 (1.4) H+ + OH-  H2O lg Kw = 14 Mn(OH)2  + NH4+  Mn2+ + NH3 + H2O (1.5) lg K = 0,08 (1.6) Mangan hiđroxit tan kiềm dƣ tạo thành phức hiđroxo: Mn(OH)2 + OH-  Mn(OH)3- (1.7) Tuy vậy, Mn(OH)2 dễ bị oxi hoá không khí tạo thành MnO(OH)2 hay H2MnO3 màu nâu tan nƣớc, khó tan axit Vì dùng hỗn hợp NH3 + NH4Cl để ngăn ngừa kết tủa Mn(OH)2 không thành công lƣợng Mn(OH)2 xuất lúc đầu chuyển dần sang MnO(OH)2 làm cho cân tạo kết tủa Mn(OH)2 chuyển hoàn toàn sang phải HMnO4: axit mạnh tƣơng tự HClO4 1.1.2.2 Tính chất tạo phức +) Tạo phức bền với axetat, thioxanat, amoniac, oxalat, sunfat, +) Tạo phức tƣơng đối bền với EDTA: MnY- (lg  = 14) Với  ,  - đipiriđin, o- phenantrolin, hấp thụ chủ yếu vùng ánh sáng tử ngoại +) Mn(III) tồn chủ yếu dạng phức bền, thƣờng có màu đặc trƣng: phức cloro MnCl2+: nâu đen, phức photphat MnHPO4+: màu tím, phức sunfat: đỏ thẫm, Mn(CN)63-: đỏ thẫm, phức oxalat Mn(C2O4)n (n =  3: lg  = 10; 16,6; 19,5) màu đỏ đen, MnF52-: đỏ thẫm, Mn(CH3COO)3: đỏ thẫm +) Mn(IV) tồn dạng phức bền: Mn(CN)84-, MnCl62- (đỏ thẫm) MnF62- (màu vàng) 1.1.2.3 Tính chất oxi hoá khử a) Mn có tính khử mạnh = - 1,18 (V) Nó đƣợc khử nƣớc tan dễ axit b) Mn(III) có tính oxi hoá mạnh = 1,5 (V) Thế phụ thuộc chất axit có mặt Trong dung dịch CN-, Mn(III) hẳn tính oxi hoá mạnh chuyển sang phức với xianua bền phức tƣơng ứng ion Mn2+ -8- Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá = - 0,24 (V) c) Mn(IV) có tính oxi hoá tƣơng đối mạnh MnO2 + H+ +2e  Mn2+ + H2O = 1,23 (V) (1.8) Thế phụ thuộc nồng độ chất axit có mặt Trong dung dịch HCl 6N, E0 = 1,47 (V), MnO2 oxi hoá đƣợc Cl- Do ta hiểu kết tủa MnO(OH)2 hay MnO2(H2O) không tan HNO3, H2SO4 nhƣng tan HCl đặc MnO(OH)2 + Cl- + 4H+  Mn2+ + Cl2 + H2O (1.9) MnO2 oxi hoá đƣợc H2O2 môi trƣờng axit MnO2 + 4H+ + 2e  Mn2+ + 2H2O lg K1 = (2.1,23)/0,059  O2 + 2H+ + 2e lg K2 = (-2.0,68)/0,059 MnO2 + H2O2 + 2H+  Mn2+ + O2 + 2H2O lg K = 18,64 H2O2 (1.10) (1.11) (1.12) Vì kết tủa MnO(OH)2 không tan HNO3 nhƣng lại tan đƣợc HNO3 có mặt H2O2 Mn2+ bị oxi hoá thành MnO2 nhiều chất oxi hoá mạnh nhƣ HNO3 đặc, MnO4- Phản ứng oxi hoá Mn2+ MnO4- xảy đun nóng dung dịch trung tính hay axit yếu MnO4- + H+ + 3e  MnO2 + H2O (1.13) Mn2+ + H2O  MnO2 + H+ + 2e MnO4- + Mn2+ + 2H2O  MnO2 + H+ (1.14) lg K = 47 (1.15) Thực MnO(OH)2 có Mn2O3, Mn3O4 hiđrat hoá d) Mn(IV) MnO42- có tính oxi hoá môi trƣờng kiềm: MnO42- +2 H2O + 2e  MnO2 + 4OH- (1.16) E0 (MnO42-/MnO2) = 0,51 (V) e) Mn(VII) thể tính oxi hoá mạnh môi trƣờng axit: MnO4- + 8H+ + 5e  Mn2+ + H2O -9- = 1,51 (V) (1.17) Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Trong môi trƣờng axit mạnh, MnO4- bị khử thành Mn2+ Nó oxi hoá đƣợc Cl- (thành Cl2), Fe2+, Sn2+, C2O42- (thành CO2) đun nóng, I-, H2O2, S2-, As(III), Khi pH tăng khả oxi hoá giảm, có chất khử mạnh khử đƣợc MnO4- thành Mn2+ môi trƣờng axit yếu, trung tính kiềm Còn đa số trƣờng hợp bị khử thành MnO2 MnO4- + H+ + 3e  MnO2 + H2O E0 = 1,695 (V) MnO4- + H2O + 3e  MnO2 + 4OH- (1.18) = 0,58 (V) (1.19) Khi có chất tạo phức mạnh với Mn(III) nhƣ F-, HPO42- MnO4- bị khử thành Mn(III) Ion Mn2+ bị oxi hoá thành MnO4- môi trƣờng axit chất oxi hoá mạnh nhƣ PbO2 có HNO3, HBiO3, IO4- (khi nóng), S2O82- có Ag+ làm xúc tác đun nóng Phản ứng: PbO2 + 2Mn2+ + H+  2MnO4- + Pb2+ + H2O lg K = - 9,3 (1.20) Phản ứng diễn đun nóng tăng nồng độ ion H+ Phản ứng đƣợc sử dụng để phát ion Mn 2+ Tuy cần lƣu ý lƣợng dù ion Mn2+ khử nhanh MnO4- thành MnO2 Đến lƣợt MnO2 bị PbO2 HNO3 oxi hoá thành MnO4- 3PbO2 + MnO2 + 4H+  3Pb2+ + 2MnO4- + 2H2O lg K = -24,4 (1.21) Phản ứng diễn thuận lợi đun nóng tăng nồng độ ion H + Phản ứng không bị cản trở lƣợng dƣ MnO2 1.1.2.4 Hợp chất tan Có nhiều hợp chất tan Mn2+: cacbonat, asenat, photphat, oxalat, feroxianua, sunfua, MnS có màu hồng nhạt, tan, lg K = -9,6 MnO4- tạo số hợp chất tan: CsMnO4 (lg K = - 4,1), RbMnO4 (lg K = - 2.6) 1.1.2.5 Phản ứng phát ion Mn2+ - 10 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Vì XDC thuốc thử mang màu nên tiến hành kiểm tra ảnh hƣởng lƣợng dƣ XDC đến mật độ quang dung dịch phức màu: Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch có nồng độ Mn2+ định =2.10-5M , nồng độ XDC thay đổi = 1.10-5M đến 2,5.10-4M, trì pH = 6,25 ; đo mật độ quang dung dịch phức λmax = 580 (nm) so với mẫu trắng Kết đƣợc ghi bảng 3.5 hình 3.6 Bảng 3.5: Sự phụ thuộc mật độ quang phức vào lƣợng dƣ XDC CXDC.105M 1,0 1,3 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 3,4 4,0 4,5 6,0 8,0 10,0 ∆A 0,50 0,65 0,75 0,85 1,00 1,25 1,50 1,70 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 - 29 - 0,236 0,297 0,350 0,395 0,452 0,569 0,601 0,633 0,654 0,706 0,723 0,730 0,733 Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Hình 3.6: Sự phụ thuộc mật độ quang phức Mn2+- XDC vào lƣợng dƣ XDC Kết luận: Khi nồng độ XDC gấp lần nồng độ Mn 2+ tạo phức lớn Vì dung dịch nghiên cứu sau trì nồng độ XDC tối thiểu gấp lần nồng độ ion Mn2+ để tạo phức cực đại 3.1.6 Xác định thành phần phức Mn2+ với XDC Sử dụng phƣơng pháp độc lập để tiến hành xác định thành phần phức là: Phƣơng pháp tỉ số mol, phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam 3.1.6.1 Phƣơng pháp tỉ số mol Cách tiến hành: Chuẩn bị hai dãy dung dịch: Một dãy có nồng độ Mn2+ không đổi với nồng độ XDC thay đổi dãy có nồng độ XDC không đổi với nồng độ Mn2+ thay đổi sau đo mật độ quang dung dịch phức Dãy thứ nhất: Nồng độ Mn2+ không đổi ( = const) Chuẩn bị dung dịch có nồng độ Mn2+ 2.10-5M Nồng độ XDC thay đổi từ 5.10-6 ÷ 5.10-5M Đo mật độ quang dung dịch (duy trì pH = 6,25) λmax = 580 (nm) so sánh với nƣớc ta đƣợc kết bảng 3.6 hình 3.7 sau: - 30 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá = 2.10-5 = const) Bảng 3.6: Sự phụ thuộc mật độ quang vào CXDC ( CXDC.105M 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 STT 10 11 Hình 3.7: Đồ thị phƣơng pháp tỉ số mol ( ∆A 0,205 0,311 0,375 0,479 0,490 0,600 0,650 0,759 0,838 0,963 1,056 = 2.10-5 = const) Nhận xét: Trên hình 3.7 điểm cắt đƣờng cong ứng với tỉ lệ nồng độ Mn2+ XDC 2.10-5M Chứng tỏ phức tạo thành Mn2+ XDC phức 1:1 Để kiểm tra dùng phƣơng pháp hồi quy theo nguyên lý bình phƣơng tối thiểu cho hai đoạn tuyến tính tìm giao điểm hai đoạn thẳng ta đƣợc: = = 1,074 : - 31 - 1: Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Dãy thứ hai: Nồng độ XDC không đổi (CXDC = const) nồng độ Mn2+ thay đổi từ 5.10-6 ÷ 5.10-5M Tiến hành đo mật độ quang dung dịch trì pH = 6,25 λmax = 580 (nm) đem so sánh với nƣớc Kết đƣợc trình bày bảng 3.7 hình 3.8 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc mật độ quang theo phƣơng pháp tỉ số mol STT 10 11 CXDC = 2.10-5M A 105M 0,5 0,262 0,8 0,375 1,0 0,451 1,3 0,524 1,5 0,555 1,7 0,611 2,0 0,738 2,5 0,750 3,0 0,800 4,0 0,880 5,0 0,910 Hình 3.8: Đồ thị phƣơng pháp tỉ số mol (CXDC = 2.10-5M = const) - 32 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.8 ta thấy điểm cắt đƣờng cong tƣơng ứng với nồng độ Mn2+ là: 2.10-5 chứng tỏ phức XDC Mn2+ phức : Cũng xử lí kết nhƣ dãy thứ ta đƣợc điểm cắt = 2.10-5M Nhƣ vậy, với hai dãy thí nghiệm cho tỉ lệ tạo phức Mn 2+ XDC : Để có kết luận chắn thành phần phức sử dụng thêm phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam 3.1.6.2 Phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam Chuẩn bị hai dãy dung dịch có tổng nồng độ (CXDC + ) định.Sau đo mật độ quang dung dịch phức bƣớc sóng tối ƣu λmax ; pHtƣ; ttƣ Kết đƣợc biểu diễn bảng 3.8 hình 3.9 Bảng 3.8: Sự phụ thuộc mật độ quang phức vào tỉ số CXDC / Dãy 1: CXDC + CXDC 105 CXDC / 0,4 1:9 0,8 2:8 1,2 3:7 1,6 4:6 2,0 5:5 2,4 6:4 2,8 7:3 3,2 8:2 3,6 9:1 = 4.10-5 (M) Ai 0,179 0,370 0,532 0,654 0,738 0,695 0,686 0,561 0,385 Dãy 2: CXDC + CXDC 105 CXDC / 0,3 1:9 0,6 2:8 0,9 3:7 1,2 4:6 1,5 5:5 1,8 6:4 2,1 7:3 2,4 8:2 2,7 9:1 - 33 - = 3.10-5 (M) Ai 0,143 0,264 0,412 0,473 0,507 0,457 0,439 0,415 0,294 Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Hình 3.9: Đồ thị phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam (1): CXDC + = 10-5 (M) (2): CXDC + = 3.10-5 (M) Nhận xét: Nhƣ từ đồ thị phƣơng pháp đồng phân tử gam cho kết tỉ lệ Mn2+ : XDC = : phù hợp với phƣơng pháp tỉ số mol Kết luận chung: Bằng phƣơng pháp xác định thành phần phức độc lập phƣơng pháp tỉ số mol, phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam Ta thu đƣợc kết phù hợp là: phức Mn2+- XDC phức có thành phần Mn2+ : XDC = 1:1 3.1.7 Khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia Để nghiên cứu khoảng nồng độ phức tuân theo định luật Bia ta khảo sát phụ thuộc mật độ quang phức vào nồng độ ion Mn 2+ Các dung dịch đƣợc chuẩn bị với CXDC = Và đo mật độ quang điều kiện tối ƣu Sự phụ thuộc mật độ quang phức vào nồng độ Mn2+ đƣợc trình bày bảng 3.9 hình 3.10 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc mật độ quang phức vào nồng độ Mn2+ STT 0,2 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 10 M 0,1 0,015 0,028 0,055 0,157 0,25 0,32 0,421 0,482 ∆Ai STT 10 11 12 13 14 15 16 3.0 3.4 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 10 M 2.8 0,551 0,618 0,719 0,818 0,922 1,025 1,129 1,234 ∆Ai - 34 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Hình 3.10 Đồ thị phụ thuộc mật độ quang vào Kết luận: Khoảng tuân theo định luật Bia là: 0,2÷6.10-5 M Xử lí đƣờng chuẩn theo phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu theo chƣơng trình MS Excell ta đƣợc phƣơng trình đƣờng chuẩn: y = 20760x -0,0103 R2 = 0,9987 3.2 Giản đồ phân bố dạng tồn Mn2+ Xilen da cam theo pH 3.2.1 Giản đồ phân bố dạng tồn Mn2+ theo pH Trƣớc tƣơng tác để tạo phức dung dịch ion trung tâm có cân (cân thủy phân) sau: Mn2+ + H2O  Mn(OH)+ K1 = 10-10,6 (3.1) Mn(OH)+ + H2O  Mn(OH)2 + H+ K2 = 10-4,8 (3.2) Mn(OH)2 + H2O  Mn(OH)3- + H+ K3 = 10-19 (3.3) Áp dụng định luật bảo toàn khối lƣợng ta có: [Mn(OH)+] = [Mn2+] h-1 K1 [Mn(OH)2] = [Mn(OH)+] h-1 K2 = [Mn2+] h-2 K1 K2 [Mn(OH)3-] = [Mn2+] h-3 K1 K2 K3 Áp dụng định luật bảo toàn nồng độ đầu ta có: = [Mn2+] + [Mn(OH)+] + [Mn(OH)2] + [Mn(OH)3-] - 35 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá = [Mn2+] (1 + h-1 K1 + h-2 K1 K2 + h-3 K1 K2 K3) Đặt A = (1 + h-1 K1 + h-2 K1 K2 + h-3 K1 K2 K3) Tỷ lệ % dạng: %[ ] = = %[ ] = = %[ ] = = %[ ] = = 100% 100% 100% Kết khảo sát % dạng tồn Mn theo pH đƣợc thể bảng 3.10 hình 3.11 - 36 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Bảng 3.10: Kết tính % dạng tồn mangan theo pH pH A 1,00 100 0 1,00 100 0 1,00 100 0 1,00 100 0 1,00 99,99935 2,51.10-5 3,97.10-4 1,000423226 99,9577 2,51.10-3 3,9794.10-2 1,040061906 96,148 2,41513.10-2 3,8277 4,983592 20,065882 5,04.10-2 79,884 399,1322894 0,2505435 1,0022.10-3 99,7432 10 39811,96828 2,512.10-3 6,31.10-4 99,997 11 3981075,257 2,512.10-5 6,31.10-6 100 1,5.10-7 12 3,981.108 2,512.10-7 6,31.10-7 100 1.10-5 13 3,981.1010 0 100 7.10-4 14 3,91.1012 0 100 1.10-3 %[ ] %[ ] %[ ] Hình 3.11: Giản đồ % dạng tồn mangan theo pH (1): % [ ] (3): %[ - 37 - ] %[ ] Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá (2): %[ ] (4): %[ ] 3.2.2 Giản đồ phân bố dạng tồn Xilen da cam theo pH Trong dung dịch thuốc thử xilen da cam H6R có cân sau:  H5R + H+ H5R-  H4R2- + H+ H4R2-  H3R3- + H+ K2’ = 10-2,6 (3.5) H3R3-  H2R4- + H+ K4’ = 10-6,4 (3.7) H2R4-  HR5- + H+ K5’ = 10-10,5 (3.8) K1’ = 101,2 (3.4) H6R HR5- K3’ = 10-3,2 (3.6)  R6- + H+ K6’ = 10-12,3 (3.9) Áp dụng định luật tác dụng cho cân ta có: [H5R] = [H6R] [H+]-1 K1’ = [H6R] h-1 K1’ [H4R2-] = [H5R-] [H+]-1 K2’ = [H6R] h-2 K1’ K2’ [H3R3-] = [H6R] h-3 K1’ K2’ K3’ [H2R4-] = [H6R] h-4 K1’ K2’ K3’ K4’ [HR-] = [H6R] h-5 K1’ K2’ K3’ K4’ K5’ [R6-] = [H6R] h-6 K1’ K2’ K3’ K4’ K5’ K6’ Áp dụng định luật bảo toàn nồng độ đầu ta có: [ =[ ]+[ ]+[ ]+[ ]+[ ] + [H ]+ =[ ] (1 + h-1.K1’+ h-2.K1’.K2’+ + h-6.K1’.K2’.K3’.K4’.K5’.K6’) =[ ].A ] Với A = + h-1.K1’+ h-2.K1’.K2’+ + h-6.K1’.K2’.K3’.K4’.K5’.K6’ [ R] = Từ ta có tỷ lệ % dạng: %[ %[ R] = ] = = 100% 100% = - 38 - Khoá luận tốt nghiệp %[ ] = %[ ] = %[ ] = % [H %[ Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá 100% 100% 100% ] = 100% = 100% ] Kết khảo sát phụ thuộc % dạng tồn xilen da cam theo pH đƣợc thể bảng 3.13 hình 3.13 sau: Bảng 3.11: Bảng kết % dạng tồn XDC theo pH % pH [ R] % [ % ] % [ ] [ % ] [ % ] [H % ] [ ] 0,610 99,938 2,435 1,536.10-2 6,12.10-8 0 4,997.10-2 78,885 19,815 1,250 4,977.10-5 0 1,238.10-3 19,618 49,277 31,092 0,0124 3,91.10-10 3,410.10-6 0,5399 13,560 85,559 0,3410 1,077.10-7 5,4.10-16 3,770.10-9 5,99.10-3 1,5012 94,72 3,7710 1,193.10-5 5,98.10-13 2,844.10-12 4,51 10-3 0,1132 71,444 28,442 8,994.10-4 4,50.10-10 7,990.10-16 1,27.10-7 3,2.10-3 20,070 79,9013 2,530.10-2 1,27.10-7 1,54.10-10 3,87.10-5 2,443 97,250 0,3080 1,54.10-5 1,53.10-13 3,85.10-5 0,243 96,698 3,060 1,53.10-2 10 1,20.10-16 3,02.10-9 1,91.10-2 75,870 23,990 0,12 11 0 9,214.10-12 5,814.10-4 23,114 73,187 3,668 12 0 8,21.10-15 5,2.10-6 2,0630 65,240 32,697 13 0 1,32.10-8 5,26.10-2 16,625 83,32 14 0 1,55.10-11 6,19.10-4 1,956 98,043 - 39 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá Hình 3.12: Giản đồ % dạng tồn XDC vào pH 3.3 Tính hệ số hấp thụ phân tử gam ε phức theo phƣơng pháp Komar 3.3.1 Tính hệ số hấp thụ phân tử gam XDC Tiến hành làm bốn thí nghiệm với bốn dung dịch XDC nồng độ khác nhau, đo mật độ quang bốn dung dịch λ = 580 (nm) , pH = 6,25 Từ ta xác định hệ số hấp thụ phân tử gam thuốc thử: = Kết đƣợc trình bày bảng 3.12 Bảng 3.12: Kết tính hệ số hấp thụ phân tử gam XDC (pH = 6,25) CXDC.105(M) 5,0 7,0 10,0 12,0 15,0 Ai 0,322 0,475 0,621 0,801 0,925 ε 6640 6785 6210 6675 6166,7 = 6495,3 3.3.2 Tính hệ số hấp thụ phân tử gam phức Mn2+- XDC Xác định εphức theo phƣơng pháp Komar: Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch phức có CXDC = q (q = 1) Đo mật độ quang cặp dung dịch có nồng độ khác Sau xác định hệ số hấp thụ phân tử phức theo phƣơng pháp Komar - 40 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá ; = Với B = Với phức Mn2+ - XDC ta có: q = 1; l = B= Ta có bảng kết sau: Bảng 3.13: Kết tính hệ số hấp thụ phân tử gam phức Mn2+ - XDC theo phƣơng pháp Komar Cặp Cặp Cặp Cặp Cặp Cặp Ci = 2.10-5 Cj = 3.10-5 Ci = 3.10-5 Cj = 4.10-5 Ai = 0,371 Aj = 0,569 Ai = 0,569 Aj = 0,768 n = 2/3 B1 = 0,8027 n = 3/4 B2 = 0,8632 = 2,082.104 Ci = 2.10-5 Cj = 4.10-5 Ci = 2.10-5 Cj = 5.10-5 Ci = 3.10-5 Cj = 5.10-5 Ci = 4.10-5 Cj = 5.10-5 Ai = 0,371 Aj = 0,768 Ai = 0,371 Aj = 0,956 Ai = 0,569 Aj = 0,956 Ai = 0,768 Aj = 0,956 n = 2/4 B3 = 0,6888 = 2,092.104 n = 2/5 B4 = 0,6180 = 2,017.104 n = 3/5 B5 = 0,7699 = 1,966.104 n = 4/5 B6 = 0,8973 = 1,865.104 Sau xử lý thống kê ta thu đƣợc kết quả: = (2,0204 ± 0,0968) 104 - 41 - ε1 = 2,101.104 Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá KẾT LUẬN Bằng phƣơng pháp phân tích trắc quang tiến hành nghiên cứu cách có hệ thống tạo phức Mn 2+ với xilen da cam: Mn2+- XDC rút số kết luận sau: Đã tìm đƣợc điều kiện tối ƣu phản ứng tạo phức Mn2+- XDC = 580 (nm); pHtƣ = 6,25 Đã xác định đƣợc thành phần phức phƣơng pháp độc lập nhƣ: phƣơng pháp tỉ số mol, phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam Kết thống nhất: phức tạo thành có tỷ lệ : CXDC : Đã xây dựng đƣờng chuẩn phức biểu thị phụ thuộc mật độ quang dung dịch phức vào nồng độ phức Kết quả: Từ = 0,2÷6.10-5 M mật độ quang dung dịch tuân theo định luật Bia Đã xác định đƣợc tham số định lƣợng phức Mn2+- XDC pH = 6,25 theo phƣơng pháp Komar = (2,0204 ± 0,0968) 104 - 42 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tinh Dung – Hóa học phân tích phần I – Lý thuyết sở (cân ion), NXB Giáo dục – 1981 Nguyễn Tinh Dung – Hóa học phân tích phần II – Các phản ứng ion dung dịch nƣớc, NXB Giáo dục – tái 2002 Nguyễn Tinh Dung – Hóa học phân tích phần III – Các phƣơng pháp định lƣợng hóa học, NXB Giáo dục – 2002 Hồ Viết Quý – Các phƣơng pháp phân tích quang họ hóa học, NXB ĐHQG Hà Nội – 1998 Hồ Viết Quý, Nguyễn Tinh Dung – Các phƣơng pháp phân tích lý – hóa, Trƣờng ĐHSP Hà Nội – 1991 Hồ Viết Quý – Các phƣơng pháp phân tích đại ứng dụng hóa học, NXB ĐHQG Hà Nội Hồ Viết Quý – Phức chất hóa học, NXB Khoa học Kỹ thuật – 1998 Hồ Viết Quý – Cơ sở hóa học phân tích đại tập I, NXB Khoa học Kỹ thuật – 2003 Hồ Viết Quý – Phân tích Lý – Hóa, NXB Giáo dục – 2001 10 Hoàng Nhâm – Hóa học vô tập III – Các nguyên tố chuyển tiếp, NXB Giáo dục – 2000 11 Nguyễn Đức Vận – Hóa học vô tập II – Các kim loại điển hình, NXB Khoa học Kỹ thuật – 1999 12 Trần Ngọc Mai – Truyện kể 109 nguyên tố hóa học, NXB Giáo dục – 2000 - 43 - [...]... lần nồng độ Mn 2+ thì sự tạo phức là lớn nhất Vì vậy trong các dung dịch nghiên cứu sau này duy trì nồng độ XDC tối thiểu gấp 3 lần nồng độ của ion Mn2+ để sự tạo phức là cực đại 3.1.6 Xác định thành phần của phức giữa Mn2+ với XDC Sử dụng các phƣơng pháp độc lập để tiến hành xác định thành phần của phức là: Phƣơng pháp tỉ số mol, phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam 3.1.6.1 Phƣơng pháp tỉ số mol Cách tiến... Các phƣơng pháp trắc quang để xác định thành phần của phức trong dung dịch Xác định thành phần của phức là một trong các giai đoạn quan trọng trong nghiên cứu phức chất Để xác định thành phần của phức ngƣời ta dùng nhiều phƣơng pháp phân tích lí hoá khác nhau trong đó phƣơng pháp trắc quang trong các vùng tử ngoại và khả kiến là một trong các phƣơng pháp đƣợc dùng nhiều nhất để nghiên cứu phức chất... 3.4: Sự phụ thuộc mật độ quang của phức Mn2+- XDC và thời gian Nhận xét: Kết quả cho thấy phức Mn2+- XDC có mật độ quang ổn định trong 160 phút đầu Vậy Mn2+ và XDC đã tạo ra phức bền không bị thay đổi trong thời gian khoảng 160 phút sau khi pha hỗn hợp Mn 2+- XDC và chỉnh pH Nhƣ vậy thỏa mãn thời gian để chuẩn bị dung dịch phức cho phƣơng pháp đo quang 3.1.4 Ảnh hƣởng của pH đến khả năng tạo phức của Mn2+. .. hợp là: phức Mn2+- XDC là phức có thành phần Mn2+ : XDC = 1:1 3.1.7 Khoảng nồng độ tuân theo định luật Bia Để nghiên cứu khoảng nồng độ của phức tuân theo định luật Bia ta đã khảo sát sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào nồng độ ion Mn 2+ Các dung dịch đƣợc chuẩn bị với CXDC = 3 Và đo mật độ quang ở các điều kiện tối ƣu Sự phụ thuộc của mật độ quang của các phức vào nồng độ Mn2+ đƣợc trình bày ở bảng... này tôi sử dụng các phƣơng pháp xác định thành phần của phức sau: 1.3.1 Phƣơng pháp tỉ số mol (hay phƣơng pháp đƣờng cong bão hoà) Đây là phƣơng pháp tổng quát nhất trong nghiên cứu các phức bền Bản chất của phƣơng pháp là thiết lập sự phụ thuộc của giá trị mật độ quang đo đựôc vào nồng độ của một trong các cấu tử ở nồng độ hằng định của cấu tử thứ hai và ngƣợc lại Đồ thị sự phụ thuộc trên đƣợc trình... phân tử của các chất tác dụng tƣơng ứng với hiệu suất cực đại của phức tạo thành MmRn Đƣờng cong phụ thuộc hiệu suất của phức vào thành phần của dung dịch đƣợc đặc trƣng bằng một điểm cực trị (hình 1.2) Một điểm cực trị nhƣ vậy tƣơng ứng với nồng độ cực đại có thể có của phức MmRn tạo đƣợc theo phản ứng: mM + nR  MmRn (1.25) Hình 1.2 Đồ thị của phƣơng pháp đồng phân tử gam Vị trí trục hoành của nó... Phƣơng pháp nghiên cứu Các dung dịch nghiên cứu đƣợc giữ lực ion không đổi (µ = 0,5) bằng dung dịch KNO3 1M Các điều kiện tối ƣu cho sự tạo phức đƣợc xác định nhƣ: bƣớc sóng tối ƣu (λmax), khoảng pH tối ƣu (pHtƣ), thời gian tối ƣu (ttƣ) Các nghiên cứu về sau đƣợc tiến hành ở điều kiện tối ƣu - 22 - Khoá luận tốt nghiệp Trịnh Thị Điệp, K31 - Hoá CHƢƠNG III KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu sự. .. Hình 3.5: Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch Mn2+- XDC vào pH Nhận xét: Từ đồ thị phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH ta thấy: Phức Mn2+- XDC rất nhạy với sự thay đổi pH Phức hình thành trong khoảng pH = 5÷7,5; nhƣng tốt nhất trong khoảng pH = 5,5 ÷ 7,0 ; và đạt cực đại tại pH = 6,25 Vì vậy trong các dung dịch nghiên cứu sau này đều thực hiện các phép đo ở pH = 6,25 3.1.5 Ảnh hƣởng của lƣợng... THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu sự tạo phức của Xilen da cam (XDC) với Mn2+ 3.1.1 Phổ hấp thụ của dung dịch XDC: * Cách tiến hành: Chuẩn bị các dung dịch XDC có nồng độ 10-4M Điều chỉnh pH trên máy pH – meter bằng dung dịch NaOH và HNO3 Đo mật độ quang so với nƣớc cất hai lần Kết quả ghi trong bảng 3.1 và hình 3.1 Bảng 3.1: Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch XDC 10-4M vào pH λ Ai pH = 1,15... thuộc của mật độ quang của dung dịch XDC vào pH 1: pH = 1,15 3: pH = 5,68 2: pH = 5,04 4: pH = 6,07 5: pH = 6,78 Kết luận: Trong vùng pH < 5,5 thì XDC chỉ có một bƣớc sóng hấp thụ cực đại trong vùng khả kiến ở λmax = 430 (nm) Trong vùng pH > 5,5thì XDC có hai cực đại trong vùng khả kiến ở λmax = 430 (nm) và λmax = 570 (nm) 3.1.2 Nghiên cứu sự tạo phức của Mn2+ với XDC Để khẳng định có sự tạo phức giữa Mn2+ ... loại Mn2+ dung dịch nƣớc phƣơng pháp trắc quang Vì lí trên, chọn đề tài: Nghiên cứu tạo phức ion Mn2+ với Xilen da cam phƣơng pháp trắc quang Chúng thực đề tài với nhiệm vụ sau: Nghiên cứu điều... tốt nghiệp với đề tài Nghiên cứu tạo phức Mn(II) với Xilen dacam phƣơng pháp trắc quang Là công trình nghiên cứu riêng Tuy đề tài hoàn toàn nhƣng kết nghiên cứu đề tài không trùng với kết tác... LUẬN Bằng phƣơng pháp phân tích trắc quang tiến hành nghiên cứu cách có hệ thống tạo phức Mn 2+ với xilen da cam: Mn2+- XDC rút số kết luận sau: Đã tìm đƣợc điều kiện tối ƣu phản ứng tạo phức Mn2+-