Trờng đại học vinh Khoa hoá học ---------- Trần Thị thơ Xác định hàm lợng crom di động trong đất trồng rau ở p.vinh tân - TP.Vinh Nghệ An bằng phơng pháp trắc quang và phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá phân tích Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Vinh - 2009 Lời cảm ơn Để hoàn thành khoá luận này, tôi xin chân thành cảm ơn: Cô giáo ThS: Võ Thị Hoà đã giao đề tài, hớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi nghiên cứu và hoàn thành khoá luận. Các thầy giáo, cô giáo trong tổ Hoá phân tích - Trờng Đại Học Vinh. Các thầy cô, kĩ thuật viên phòng thí nghiệm khoa Hoá - Trờng Đại Học Vinh. Sự động viên giúp đỡ của ngời thân, bạn bè đối với tôi trong quá trình làm khoá luận. Do thời gian hạn chế nên khoá luận này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô và các bạn để khoá luận hoàn thiện hơn. Mục lục Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Tran g Lời cảm ơn Mở đầu 4 Phần I. Tổng quan 6 I. Giới thiệu về nguyên tố crom 6 I.1 Đặc điểm chung của nguyên tố crom 6 I.2 Tính chất vật lý của crom 6 I.3 Tính chất hóa học của crom 6 I.4 Một số phản ứng oxi hoá Cr(III) đến Cr(VI) 10 II. Độc tính và các nguồn gây ô nhiễm Crom 11 II.1 Độc tính của crom 11 II.2 Các nguồn gây ô nhiễm crom 12 III. Các phơng pháp xác định crom 13 III.1 Các phơng pháp phân tích hoá học 13 III.2. Các phơng pháp phân tích công cụ 15 IV. Thuốc thử Điphenyl cacbazit 21 V. Các bớc nghiên cứu một phức màu trong phân tích trắc quang 21 V.1 Nghiên cứu các hiệu ứng tạo phức đơn ligan 21 V.2 Khảo sát các điều kiện tạo phức tối u 22 V.3 Nghiên cứu khả năng áp dụng phức màu cho phép xác định định lợng 25 VI. Các phơng pháp định lợng phân tích trắc quang 26 VI.1 Phơng pháp thêm 26 VI.2 Phơng pháp đờng chuẩn 26 VI.3 Phơng pháp vi sai 27 VI.4 Phơng pháp dãy tiêu chuẩn 27 VI.5 Phơng pháp chuẩn độ 28 VI.6 Phơng pháp cân bằng 28 VII. Các phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 29 VII.1 Phơng trình cơ sở của phơng pháp xác định nồng độ một nguyên tố theo phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 29 VII.2 Các phơng pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử 30 VIII. Phơng pháp toán học thống kê xử lý số liệu thực nghiệm 33 Phần II: Thực nghiệm, kết quả và thảo luận 34 I. Hoá chất,dụng cụ và máy móc 34 II Cách pha chế dung dịch dùng cho phân tích 34 Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 3 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích III Tiến hành phân tích 35 III.1 Phơng pháp trắc quang 35 III.1.1 Nguyên tắc 35 III.1.2 Khảo sát các điều kiện tối u 36 III.1.3 Khảo sát một số nguyên tố gây ảnh hởng và cách loại trừ 39 III.1.3.1 Khảo sát ảnh hởng của Fe 3+ 39 III.1.3.2 Khảo sát khả năng che Fe 3+ bằng H 3 PO 4 40 III.1.3.3 Khảo sát ảnh hởng của Mo 40 III.1.3.4 Khảo sát ảnh hởng của V 41 III.1.4 Xây dựng đờng chuẩn 41 III.1.5 Đánh giá phơng pháp 42 III.1.6 Phân tích mẫu đất 43 III.1.6.1 Lấy mẫu đất 43 III.1.6.2 Xử lý mẫu đất 44 III.1.6.3 Xác định hàm lợng crom tổng số và crom di động trong một số dung dịch chiết rút 45 III.2 Định lợng crom trong đất bằng phơng pháp ET AAS 47 III.2.1 Một số điều kiện phân tích crom bằng phơng pháp ET-AAS 47 III.2.2 Xây dựng đờng chuẩn 47 III.2.3 Xác định hàm lợng crom trong các dung dịch chiết rút 49 Phần III: Kết luận 50 Tài liệu tham khảo 51 Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 4 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Mở đầu Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nớc, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về số lợng, đa dạng về chủng loại, trong đó có kim loại nặng gây nên hiện tợng ô nhiễm môi trờng. Hiện nay vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đang đợc nhiều nớc trên thế giới quan tâm vì nó đang diễn ra phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới. ở nớc ta , nhiều loại rau đang bị nhiễm kim loại nặng, các nhà chuyên môn về vệ sinh an toàn thực phẩm cảnh báo rằng nhiều loại rau sinh trởng trong vùng đất thấp, ao hồ, kênh rạch nh rau muống, rau cần, ngó sen, dễ tích tụ các kim loại nặng nh đồng, kẽm, thủy ngân, crom Các chất này có trong n ớc thải cha đợc xử lý triệt để từ các nhà máy, xí nghiệp và các cơ sở sản xuất. Crom cũng là một kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Cr(VI), nó gây ra các tác hại nh xơ cứng động mạch, gây đột biến gen, làm mất hoạt tính của một số enzim trong cơ thể ngời và động vật. Phân tích hàm lợng tổng số các nguyên tố nh Hg, Pb, Cr, Cd có thể sẽ không đánh giá hết đợc khả năng gây hại cho sức khỏe con ngời. Điều này cũng tơng tự nh việc đánh giá mối quan hệ giữa hàm lợng tổng số của các chất ở trong đất với khả năng sử dụng của cây trồng vì chỉ có một phần trong hàm lợng tổng số là dễ tiêu đối với thực vật, vì vậy việc xác định hàm lợng di động của các kim loại nặng trong đất là vấn đề thiết thực. Khi phân tích hàm lợng di động của một số kim loại nặng trong đất chúng ta thờng gặp khó khăn là trong nhiều trờng hợp hàm lợng của chúng bé, do đó việc lựa chọn phơng pháp phân tích thích hợp cũng đóng vai trò hết sức quan trọng. Để xác định vi lợng crom trong các đối tợng khác nhau chúng ta có thể dùng một số phơng pháp: trắc quang, các phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử , phơng pháp von ampe hòa tan Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 5 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Vì những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: ''Xác định hàm lợng crom di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân , TP Vinh , Nghệ An bằng phơng pháp trắc quang và phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử''. Trong phạm vi khoá luận, chúng tôi đã đặt ra một số nhiệm vụ sau: - Tổng quan một số vấn đề về crom và một số phơng pháp xác định crom. - Khảo sát một số nguyên tố cản trở đến phép xác định crom bằng ph- ơng pháp trắc quang dùng thuốc thử điphenyl cacbazit. - Khảo sát khả năng che Fe 3+ bằng H 3 PO 4 . - Xác định hàm lợng crom di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân, TP Vinh, Nghệ An khi sử dụng một số chất chiết rút khác nhau bằng ph- ơng pháp trắc quang dùng thuốc thử điphenylcacbazit và phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử. Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 6 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Phần I. Tổng quan I. Giới thiệu về nguyên tố crom I.1.Đặc điểm chung của nguyên tố crom [1; 8] Crom. Kí hiệu là Cr Số thứ tự : 24 Số khối: 52 đvc Cấu hình electron : [Ar] 3d 5 4s 1 . Năng lợng ion hoá: I 1 =6,76 ev, I 2 = 16,49 ev, I 3 = 30,95 ev. Bán kính nguyên tử : r = 1,27A 0 . Thế điện cực chuẩn : E Cr 3+ /Cr = - 0,74v. Tỉ khối : d = 7,2 Các số oxi hoá của crom: 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Trong đó bậc oxi hoá đặc trng là +3 và kém đặc trng hơn là +6. I.2 Tính chất vật lý của crom. Crom là kim loại nặng (d>5) có màu trắng bạc và có ánh kim, cứng. Có nhiệt độ nóng chảy cao (t 0 nc = 1875 0 C ), và nhiệt độ sôi cao (t 0 s = 2197 0 C) do đó crom rất khó nóng chảy và khó sôi. Crom tinh khiết rất dễ chế hoá cơ học nhng khi có lẫn những vết tạp chất thì trở nên cứng và giòn. Việc đa crom vào thép làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn và độ bền hoá học. Ví dụ: Thép dụng cụ chứa 3 4% Cr Thép không rỉ 18 - 25% Cr Thép crom Von fram 7,5% Cr Crom đợc ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 7 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích I.3 Tính chất hoá học của crom I.3.1 Với đơn chất crom: Crom là kim loại chuyển tiếp d, ở trạng thái đơn chất nó có màu trắng có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. ở điều kiện thờng crom bền vững với không khí, hơi ẩm và khí CO 2 do có màng oxit bảo vệ. Crom có thể tan trong dung dịch loãng của HCl và H 2 SO 4 . Cr + 2HCl = CrCl 2 + H 2 Crom bị dung dịch đặc nguội của HNO 3 và H 2 SO 4 thụ động hoá giống nh nhôm và sắt, không tan trong dung dịch kiềm nhng tan trong hỗn hợp kiềm nóng chảy với nitrat hay clorat kim loại kiềm tạo cromat. I.3.2. Các hợp chất của Crom Crom rất phổ biến trong thiên nhiên nên các hợp chất của nó cũng phong phú nh: hợp chất của Cr(II), Cr(III), Cr(VI). 1. Hợp chất của crom(II). Crom(II) oxit: là chất bột màu đen, có tính tự cháy, trên 100 0 C trong không khí biến thành Cr 2 O 3 . Trên 700 0 C ở trong chân không phân huỷ thành Cr 2 O 3 và crom. Có tính bazơ, oxít này tan trong dung dịch axit loãng, ở 1000 0 C nó bị khí hiđro khử thành crom kim loại. Oxit này khó điều chế, đợc tạo nên khi dùng oxi không khí hay axit hoá hỗn hống crom. Crom(II) hiđroxit: Cr(OH) 2 là chất ở dạng kết tủa màu vàng nhng thờng lẫn tạp chất nên có màu hung, nó không có tính lỡng tính, tan trong dung dịch axit nhng không tan trong dung dịch kiềm, thể hiện tính khử mạnh hơn oxit, hiđroxit dễ dàng tác dụng với oxi không khí tạo thành Cr(OH) 3 . Khi đun nóng ở trong không khí phân huỷ thành Cr 2 O 3 . Hiđroxit này rất khó điều chế ở dạng tinh khiết, đợc tạo nên theo phản ứng (trong điều kiện không có oxi không khí). CrCl 2 + 2NaOH = Cr(OH) 2 + 2NaCl Muối crom(II). Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 8 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Ngời ta đã tách ra đợc và nghiên cứu kỹ các muối crom(II): CrCl 2 .4H 2 O, CrBr 2 .6H 2 O, CrSO 4 .H 2 O (ít tan) và [Cr(CH 3 COO) 2 .H 2 O] 2 kết tủa. Các halogenua khan có nhiệt độ nóng chảy cao, CrF 2 màu xám, nóng chảy ở 1100 0 C, CrCl 2 màu trắng nóng chảy ở 824 0 C. Các muối tan đợc trong muối cho ion hiđrat hoá [Cr(H 2 O 6 )] 2+ màu xanh lam, muối crom(II) ít bị thuỷ phân. Cũng nh oxit và hiđroxit, muối crom(II) có tính khử mạnh. 2. Hợp chất của crom(III). Crom(III) oxit: Cr 2 O 3 có dạng tinh thể màu đen ánh kim và có cấu tạo giống - Al 2 O 3 , là hợp chất bền nhất của crom, nóng chảy ở 2265 0 C. Dạng vô định hình là chất bột màu lục thẫm thờng dùng làm bột màu cho sơn và thuốc vẽ. Cr 2 O 3 là oxit trơ về mặt hoá học nhất là sau khi nung nóng, nó không tan trong nớc, dung dịch axit và dung dịch kiềm. Tính lỡng tính của Cr 2 O 3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay KHSO 4 Cr 2 O 3 + 2KOH = 2KCrO 2 + H 2 O Cr 2 O 3 + 6KHSO 4 = Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O Khi nấu chảy với peoxit kim loại kiềm hoặc với hỗn hợp của kiềm và nitrat hay clorat của kim loại kiềm, nó biến thành cromat. 5Cr 2 O 3 + 6NaBrO 3 +14NaOH = 10Na 2 CrO 4 + 3Br 2 + 7H 2 O Cr 2 O 3 đợc điều chế bằng cách đốt nóng hỗn hợp của K 2 Cr 2 O 7 và than hay lu huỳnh trong nồi bằng thép. K 2 Cr 2 O 7 + S = Cr 2 O 3 + K 2 SO 4 Crom (III) hiđroxit Cr(OH) 3 : Có cấu tạo rất giống với Al(OH) 3 , là kết tủa nhầy, màu lục nhạt, không tan trong nớc và có thành phần biến đổi. Cr(OH) 3 là hợp chất lỡng tính điển hình, khi mới điều chế hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm. Cr(OH) 3 + 3H 3 O + = [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 9 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Cr(OH) 3 + OH - + 2H 2 O = [Cr(OH) 4 (H 2 O) 2 ] - Cr(OH) 3 tan không đáng kể trong dung dịch NH 3 nhng tan dễ trong NH 3 lỏng tạo thành phức hecxaammim. Cr(OH) 3 + 6 NH 3 = [Cr(NH 3 ) 6 ](OH) 3 Khi đun nóng, Crom(III) hiđroxit dễ mất nớc biến thành oxit. Điều chế Cr(OH) 3 trong phòng thí nghiệm ngời ta cho các chất NaOH, KOH, NH 3 , Na 2 CO 3 , Na 2 S 2 O 3 tác dụng với dung dịch muối Cr 3+ . Muối crom(III): Muối này độc với ngời. Nhiều muối crom(III) có cấu tạo và tính chất giống muối nhôm (III) nên biết tính chất hoá học của Al 3+ ta có thể suy đoán tính chất của hợp chất Cr 3+ . Dung dịch muối Cr 3+ thờng có màu đỏ tím, muối này có tính thuận từ nên rất bền trong không khí khô và bị phân huỷ mạnh hơn Cr 2+ . 3. Hợp chất của crom (VI). Crom (VI) oxit CrO 3 : Là tinh thể hình kim màu đỏ thẫm, hút ẩm mạnh và rất độc với ngời. CrO 3 rất kém bền, ở trên nhiệt độ nóng chảy đã mất bớt oxi tạo nên một số oxit trung gian và đến 450 0 C biến thành Cr 2 O 3 . CrO 3 là chất oxi hoá mạnh, oxi hoá đợc I 2 , S, P, C, CO, HBr và nhiều hợp chất hữu cơ, phản ứng thờng gây nổ. CrO 3 tan dễ dàng trong nớc tạo thành dung dịch axit, dung dịch loãng có màu vàng chứa axit cromic, dung dịch đặc có màu da cam đến đỏ. CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4 2CrO 3 + H 2 O = H 2 Cr 2 O 7 Do đó khi tác dụng với dung dịch kiềm nó có thể tạo nên các muối cromat, đicromat, tricromat, * Kali đicromat K 2 Cr 2 O 7 : là tinh thể tám tà màu đỏ da cam, nóng chảy ở 398 0 C và phân huỷ ở 500 0 C. Kali đicromat không chảy rửa trong không khí ẩm nh Natri đicromat, dễ tan trong nớc tạo dung dịch màu da cam có vị đắng, tan trong SO 2 lỏng và Sinh viên: Trần Thị Thơ Lớp: 45 E Hoá 10