Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học vinh nguyễn thị thúy Nghiên cứu tạo phức Al(III) với xilen da cam phơng pháp trắc quang ứng dụng định lợng nhôm thuốc Maalox Pháp chuyên ngành: Hóa phân tích mà số: 60.44.29 luận văn thạc sĩ hóa học Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa Vinh - 2006 Lời cảm ơn Luận văn đợc hoàn thành phòng thí nghiệm chuyên đề môn Hoá phân tích - Khoa Hoá - Trờng Đại học Vinh Để hoàn thành luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa đà giao đề tài, tận tình hớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu hoàn thành luận văn - GS.TS Hồ Viết Quý đà đóng góp nhiều ý kiến quí báu trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, khoa Hoá học thầy cô giáo, cán phòng thí nghiệm khoa Hoá đà giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cung cấp hoá chất, thiết bị dụng cụ dùng cho đề tài Xin cảm ơn tất ngời thân gia đình bạn bè đà động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho thực hoàn thành luận văn Vinh, tháng 11 năm 2006 Nguyễn Thị Thuý Hằng Mục lục Trang Mở Đầu Chơng 1: Tổng quan tài liệu 1.1 Giíi thiƯu vỊ nguyên tố nhôm .4 1.1.1 Cấu trúc điện tử hoá trị .4 1.1.2 LÞch sư phát nguyên tố .4 1.1.3 Tính chất lý hoá nhôm .4 1.1.4 Các phản øng cđa ion Al3+ dung dÞch níc 1.1.5 Các phản ứng tạo phức Al3+ 1.1.6 Mét sè phơng pháp xác định nhôm .10 1.2 Thuốc thử xilen da cam (XO) khả tạo phức với ion kim loại .13 1.2.1 TÝnh chÊt cña xilen da cam 13 1.2.2 Khả tạo phøc cña xilen da cam 15 1.2.3 øng dơng cđa xilen da cam 16 1.3 Các bớc nghiên cứu phức màu dùng phân tích trắc quang .18 1.3.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức 18 1.3.2 Nghiên cứu điều kiện t¹o phøc tèi u .20 1.4 Các phơng pháp xác định thành phần phức dung dịch .23 1.4.1 Phơng pháp tỷ số mol 23 1.4.2 Phơng pháp hệ đồng phân tử 24 1.4.3 Phơng pháp Staric- Bacbanel 25 1.5 C¬ chế tạo phức đơn ligan 27 1.6 Các phơng pháp xác định hƯ sè hÊp thơ ph©n tư cđa phøc 32 1.6.1 Phơng pháp Komar xác định hệ số hấp thụ phân tử phức 32 1.6.2 Phơng pháp xử lý thống kê đờng chuẩn 34 1.7 Đánh giá kết phân tích 34 1.8 Mét sè nhËn xÐt rót tõ tỉng quan 36 Ch¬ng 2: Kü tht thùc nghiƯm 37 2.1.Trang thiÕt bÞ 37 2.2 Hoá chất dụng cụ 37 2.2.1 Dông cô 37 2.2.2 Ho¸ chÊt 37 2.2.2.1 Dung dÞch Al3+(10-3M) 37 2.2.2.2 Dung dÞch xilen da cam 38 2.2.2.3 Dung dịch hoá chÊt kh¸c 38 2.3 Cách tiến hành thí nghiệm 38 2.3.1 Dung dịch so sánh XO 38 2.3.2 Dung dÞch phøc Al3+-XO 38 2.3.3 Phơng pháp nghiên cứu 39 2.4 Xö lý kết thực nghiệm 39 Chơng 3: Kết thực nghiệm thảo luận 40 3.1 Nghiên cứu điều kiện tạo phức Al3+ với XO 40 3.1.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phøc Al3+- XO .40 3.1.2 Kh¶o sát ảnh hởng pH đến tạo phức Al3+- XO 42 3.1.3 Nghiªn cøu sù phơ thc mật độ quang phức vào thời gian 43 3.1.4 ¶nh hëng cđa lỵng d thc thư XO .44 3.2 Xác định thành phần phức Al3+-XO 45 3.2.1 Ph¬ng ph¸p tû sè mol 45 3.2.2 Phơng pháp hệ đồng phân tử 48 3.2.3 Ph¬ng ph¸p Staric-Bacbanel 50 3.2.4 Khoảng nồng độ phức Al3+-XO tuân theo định luật Beer .53 3.3 Nghiên cứu chế tạo phức Al3+-XO 56 3.3.1 Gi¶n đồ phân bố dạng tồn Al3+ theo pH .56 3.3.2 Giản đồ phân bố d¹ng tån t¹i cđa XO theo pH 59 3.3.3 Cơ chế tạo phức Al3+-XO 62 3.4 Xác định hệ số hấp thụ phân tử phức Al(H4R)+ theo phơng pháp Komar 68 3.5 TÝnh c¸c h»ng sè KH , Kp,  cña phøc Al(H4R)+ 69 3.6 Khảo sát ảnh hởng số ion đến Al3+-XO 71 3.6.1 ¶nh hëng cđa Na+, K+ 71 3.6.2 ¶nh hëng cđa Ca2+, Mg2+ 73 3.7 áp dụng phơng pháp nghiên cứu vào mẫu nhân tạo 75 3.7.1 Phơng pháp thêm chuẩn 75 3.7.2 Phơng pháp đờng chuẩn 77 3.8 X¸c định nhôm mẫu thật- thuốc Maalox dợc phẩm Ph¸p 78 KÕt luËn 81 Tµi liƯu tham kh¶o 83 Phô lôc 89 Mở đầu Nhôm nguyên tố dễ gặp phân bố rộng, chiếm 8,05% vỏ Trái đất, thành phần hoá học thông dụng đất, cối, tế bào động vật Trong tự nhiên không gặp nhôm nguyên chất mà thờng gặp dạng quặng khoáng vật: criolit (Na [AlF ]), boxit(Al O3.xH2 O); caolinit (Al O3.2SiO 2.2H2 O); mica (K O.2H 2O.3Al O3.6SiO 2); nefelin ([(Na,K) O.Al 2O3 3SiO ])… Nhôm đợc sử dụng làm chất keo tụ cho trình xử lý nớc, đặc biệt nớc bề mặt (khoảng 70% lợng nớc sinh hoạt Việt Nam) Hàm lợng nhôm nớc thiên nhiên ít, dao động tõ  242,2 mg/l; níc tù nhiªn (ë Liên Xô) từ 0,001 10 mg/l [13] Nhôm thâm nhập vào thể ngời qua đờng thức ăn níc ng, kho¶ng 5% ngn gèc cã tõ níc ng [18] Hàm lợng nhôm nớc thải nhà máy sản xuất nhôm, sản xuất hoá chất, chất màu, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, cao su tổng hợp có tăng lên Nếu trình kỹ thuật xử lý nớc không đợc khống chế chặt chẽ dẫn tới d thừa nhôm Nhôm tồn nớc trình chiết từ đất đá, đặc biệt vùng mà nớc có dung lợng đệm thấp nhiều ma Nớc ma có chứa phần axit dung môi chiết tốt kết nớc bề mặt vùng chứa nhiều nhôm Những vùng đất chua thờng chứa nhiều ion nhôm ion sắt lên tới nồng độ 0,6 mg/l, đặc biệt vùng có trồng rừng Những vùng có nguy cao vùng ven biển, lu vực sông phải hứng chịu nhiều gió tiếp nhận thành phần sa lắng mang theo nhiều loại muối, chúng làm tăng độ axit thúc đẩy trình hoà tan nhôm từ đất đá Nguồn nhôm chủ yếu đa vào thể từ thức ¨n, tõ - 20 mg/ngµy, tïy thuéc vµo thãi quen ăn uống Ví dụ: chè chứa nhiều nhôm với hàm lợng cao nớc từ 20 - 200 lần Nhôm bị hoà tan từ dụng cụ nấu nớng, thức ăn có vị chua: cà chua, gia vị, dấm, axit, số hộp đựng, giÊy, bao gãi… Theo tỉ chøc søc kháe thÕ giíi (WHO) nhôm có tính độc thấp động vật nên lợng vào thể cho phép tạm thời mg/kg thể trọng tuần (1988) Tuy vậy, việc trao đổi nhôm thể ngời cha đợc nghiên cứu kĩ Trong năm gần đây, kết nghiên cứu cho thấy nhiều thông tin tính độc nhôm cần quan tâm có liên quan đến số bệnh: đÃng trí, phát âm không theo ý muốn, co giật rối loạn bắp Những bệnh đợc phát nhiều vùng đất nớc chứa nhiều nhôm, sắt, silic, canxi, magie [18] Tuy nhiên, nhôm kim loại đứng hàng đầu ứng dụng Khối lợng đợc dùng để chế tạo hợp kim nhẹ: đuralumin (94%Al) cứng bền dùng công nghiệp ô tô, máy bay; silumin (85 90%Al) bền, dễ đúc dùng sản xuất động máy bay, tàu thủy có ứng dụng công nghiệp mạ gơng kính viƠn väng… Trong y häc, dỵc phÈm hỵp chÊt cđa nhôm với hàm lợng nhỏ dùng để chữa bệnh nh chữa bệnh đau dày, thoái vị hoành Nhôm dạng mỏng đợc dùng làm tụ điện, nhôm mỏng (dày 0,005mm) đợc dùng để gói bánh, kẹo dợc phẩm Nhờ dẫn điện tốt, nhôm đợc dùng để làm dụng cụ nhà bếp Nhôm đợc dùng làm ống dẫn dầu thô, bể chứa, thùng xitec Gần đây, ngời ta đà thiết kế ô tô điện làm nhôm thay cho thép vừa tiêu tốn điện vừa chở đợc nhiều hành khách [18] Trong thời gian qua, việc phân tích nhôm mẫu vật đà đợc nghiên cứu nhiều phơng pháp khác nhau, nhiên cha có tài liệu công bố hoàn chỉnh việc nghiên cứu tạo phøc cđa nh«m víi thc thư xilen da cam (XO) Sau xem xét, nhận thấy nghiên cứu phức màu nhôm phơng pháp trắc quang phơng pháp có nhiều triển vọng, mang lại hiệu phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm nớc ta Xuất phát từ tình hình thực tế này, đà chọn đề tài NghiênNghiên cứu tạo phức Al(III) với xilen da cam phơng pháp trắc quang ứng dụng định lợng nhôm thuốc Maalox Pháp Trong phạm vi luận văn thạc sĩ hóa học, nhiệm vụ đợc đặt cho việc nghiên cứu đề tài là: Nghiên cứu cách có hệ thống hình thành phức Al 3+ - XO nh tìm điều kiện tạo phức tối u, xác định thành phần, khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer, chế tạo phức tham số định lợng phức ứng dụng phơng pháp nghiên cứu để xác định hàm lợng Al3+ thuốc Maalox dợc phẩm Pháp Chơng 1: Tổng quan tài liệu 1.1 Giới thiệu nguyên tố Nhôm [1,6,7,10,11,15,17,42 48] Nhôm kim loại phổ biến tự nhiên Nó chiếm 8,05% (về khối lợng) vỏ Trái đất Các hợp chất thiên nhiên quan trọng nhôm alumosilicat, boxit, corunđum criolit Các alumosilicat chiếm khối lợng chủ yếu vỏ Trái đất Sản phẩm phong hóa chúng đất sét fenspat (orthocla, anbit, anoctit) Thành phần chủ yếu đất sét (cao lanh) Al2O3.2SiO2.2H2O Boxit nham thạch dùng để điều chế nhôm có thành phần chủ yếu hiđrat nhôm oxit Al2O3.nH2O 1.1.1 Cấu trúc điện tử hóa trị Kí hiệu: Al Số thứ tự: 13 Cấu hình electron: [Ne]3s23p1 Thế điện cực tiêu chuẩn: E0 = -1,70(v) Trạng thái oxi hóa bền: +3 1.1.2 Lịch sử phát nguyên tố Nhôm nhà hóa học Đức F.Velenơ điều chế đợc lần phơng pháp hóa học năm 1827 năm 1856 nhà hóa học Pháp Sen-CleĐevin đà tách đợc phơng pháp điện hãa häc 1.1.3 TÝnh chÊt lý hãa cđa nh«m 1.1.3.1 Tính chất vật lý Nhôm kim loại nhẹ, màu trắng bạc, dẻo, dễ kéo sợi dát mỏng thành (kích thớc < 0,01mm) Nhôm dẫn điện dÉn nhiƯt tèt B¶ng 1.1 Mét sè h»ng sè vËt lý Al M(đvc) tnc(0C) ts (0C) d (g/cm3) Độ dÉn ®iƯn (Hg= 1) 26,98 660 2520 2,7 36,1 1.1.3.2 Tính chất hóa học Nhôm kim loại hoạt ®éng Trong d·y ®iƯn thÕ nã ®øng sau c¸c kim loại kiềm kiềm thổ Nhng không khí tơng đối bền, bề mặt đợc phủ lớp oxit mỏng, bền, ngăn không cho tiếp xúc với không khí Nhôm đợc cạo lớp oxit bảo vệ phản ứng mÃnh liệt với oxi nớc không khí, chuyển thành khối xốp nhôm hiđroxit 2Alsạch + 6H2O = 3Al(OH)3 + 3H2 Nhôm tan tốt HCl H2SO4 loÃng Trong HNO3 loÃng nguội nhôm bị thụ động, nhng đun nóng nhôm tan nó, giải phóng NO, N2O, N2 hay NH3 Axit HNO3 đặc,nguội, H2SO4 đặc, nguội thụ động hóa nhôm Nhôm bột dễ dàng tác dụng với halogen, O2 tất phi kim khác 2Al + 3Br2 = 2AlBr3 2Al + 3S = 2Al2S3 Nh«m sunfua tồn dạng rắn Trong dung dịch nớc: Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S Quá trình dùng nhôm khử kim loại từ oxit chúng đợc gọi phơng pháp nhiệt nhôm: 8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3 Phơng pháp nhiệt nhôm đợc dùng để ®iỊu chÕ mét sè kim lo¹i hiÕm: Nb, Ta, Mo, W 1.1.4 Các phản ứng Al3+ dung dịch nớc Trong dung dịch nớc, nhôm có trạng thái oxi hóa +3 tồn dới dạng cation Al3+ anion aluminat AlO2- không màu 1.1.4.1 Tính chất axit - bazơ Dung dịch nớc Al3+ có phản ứng axit yÕu: Al3+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ lgK = - 4,9 Al3+ + 2H2O  Al(OH)2+ + 2H+ lgK = - 3,9 3+ pH cđa dung dÞch Al 0,1M Nhôm hiđroxit có tính chất lỡng tính râ rÖt: lgTt 3+ Al(OH)3  Al + 3OH -32 Al(OH)3  AlO2- + H+ + H2O -12,6 ®Õn -15 1.1.4.2 Tính chất tạo phức Al3+ có khả tạo phức với nhiều chất, đặc biệt chất hữu có nhóm hiđroxit nh xitrat, oxalat, tatrat, alizarin, aluminon Phøc víi EDTA kh¸ bỊn (lg = 16,1) Trong sè phức chất vô cơ, quan trọng phøc víi F- lg1-6 = 6,1; 11,1; 15; 17,8; 19,4 19,8 Các phức với sunfat, hiđrophotphat H2PO4- bền 1.1.4.3 Tính chất Oxi hóa khử Nhôm có tÝnh khư m¹nh E Al0 3 / Al = -1,70(V) Nhôm khử đợc hầu hết ion kim loại nặng thành kim loại tơng ứng (Ag, Cu, Sn, Cd, Sb, Hg…) Tuy vËy ë pH = - 11, Al bị bao phủ lớp oxit bảo vệ ngăn cản hoạt động 1.1.4.4 Hợp chất tan Có số hợp chất tan nhôm có ý nghĩa phân tích nhôm hiđroxit, nhôm photphat AlPO4, nhôm oxalat Al2(Ox)3 (tan clorofom) Na3[AlF6], Al[AlF6], AlAsO4 cịng ®Ịu tan Kết tủa Al(OH)3 bắt đầu xuất pH = ( CAl3 = 0,01M) hòa tan thµnh AlO2- ë pH  10-13 KÕt tđa Al(OH)3 dƠ tạo thành trạng thái keo, song bị muồi nhanh đun nóng dung dịch kiềm Các axit vô nhiều axit hữu hòa tan nhôm hiđroxit dễ dàng Ion NH4+ axit yếu không hòa tan đợc Al(OH)3 NH3 bazơ yếu nên hòa tan Al(OH)3 không đáng kể: Al(OH)3 H+ + AlO2- + H2O -12,6 NH3 + H+  NH4+ 9,24 Al(OH)3 + NH3  AlO2- + H2O + NH4+ -3,36 (1) Độ tan Al(OH)3 dung dịch NH3 0,1M vào khoảng 8.10-3 M Vì vậy, dùng NH3 đặc để làm kết tủa hoàn toàn nhôm dới dạng hiđroxit Khi cho ion AlO2- tác dụng với axit yếu (NH 4+, CO2 + H2O) có kết tủa nhôm hiđroxit xuất Chẳng hạn, ®un nãng NaAlO víi NH4Cl d: AlO2- + NH4+ + H2O  Al(OH)3 + NH3 lgK = 3,36 Hoặc cho CO2 lội qua dung dịch NaAlO2: AlO2- + CO2 + 2H2O  Al(OH)3 + HCO3lgK = 6,2 Ion Al3+ phản ứng với dung dịch cacbonat, sunfua, xianua kiềm amoni sinh kết tủa hiđroxit, mà không tạo thành muối tơng ứng: 3CO32- + 2Al3+ + 3H2O  2Al(OH)3 + 3CO2 lgK = 31 3S 2+ 2Al3+ + 3H2O  2Al(OH)3 + 3H2S lgK = 40 ... hợp với điều kiện phòng thí nghiệm nớc ta Xuất phát từ tình hình thực tế này, đà chọn đề tài NghiênNghiên cứu tạo phức Al( III) với xilen da cam phơng pháp trắc quang ứng dụng định lợng nhôm thuốc. .. Kh¶ tạo phức xilen da cam 15 1.2.3 øng dơng cđa xilen da cam 16 1.3 C¸c bớc nghiên cứu phức màu dùng phân tích trắc quang .18 1.3.1 Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức 18 1.3.2 Nghiên. .. công bố hoàn chỉnh việc nghiên cứu tạo phức nhôm với thuốc thử xilen da cam (XO) Sau xem xÐt, chóng t«i nhËn thÊy nghiên cứu phức màu nhôm phơng pháp trắc quang phơng pháp có nhiều triển vọng,