Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức của Fe3+ với axit sunfosalixilic (SSal) ppt

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
11


vật liệu cạnh tranh với bronzơ. Cách đây khoảng 3000 năm thời đại đồ sắt đã thay thế
thời đại đồ đồng thiếc và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay.
Mấy thế kỉ nay, sắt được sản xuất với quy mô công nghiệp bằng lò cao.
1.1.4. Một số ứng dụng của sắt
Sắt là một nguyên tố vi chất dinh dưỡng quan trọng cho sức khoẻ con người. Hầu
hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, chúng kết hợp với
protein tạo thành hemoglobin. Hemoglobin mang oxi đến các tế bào của cơ thể và
chính ở các tế bào này năng lượng được giải phóng. Do vậy khi thiếu sắt hàm lượng
hemoglobin bị giảm làm cho lượng oxi tới các tế bào cũng giảm theo. Bệnh này gọi là

bệnh thiếu máu do thiếu hụt sắt. Các triệu chứng của bệnh thiếu máu do thiếu sắt là:
mệt mỏi, tính lãnh đạm, yếu ớt, đau đầu, ăn không ngon và dễ cáu giận.
Việc thừa sắt trong cơ thể cũng có những tác hại như việc thiếu sắt. Nếu lượng sắt
trong cơ thể thừa nhiều, chúng gây ảnh hưởng có hại cho tim, gan, khớp và các cơ quan
khác, nếu tích trữ quá nhiều có thể gây nguy cơ bị ung thư. Những triệu chứng biểu
hiện sự thừa sắt có thể thấy là:
- Tư tưởng bị phân tán hoặc mệt mỏi
- Mất khả năng điều khiển sinh lí
- Bệnh về tim hoặc tim bị loạn nhịp đập
- Chứng viêm khớp hoặc đau các khớp.
- Bệnh thiếu máu không phải do thiếu sắt.
- Bệnh về gan hoặc ung thư gan.
- Tắt kinh sớm (ở nữ giới) hoặc bệnh liệt dương (ở nam giới).
Trong hầu hết các ngành kĩ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng sắt và
hợp kim của sắt. Như chúng ta biết, trong công nghiệp các hợp kim của sắt đóng vai trò
chủ chốt trong các lĩnh vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy,
dụng cụ sản xuất và đồ dùng hằng ngày,… FeSO
4
được dùng để chống sâu bọ có hại
cho thực vật, được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ và trong nhuộm
12


vải; nó còn dùng để tẩy gỉ kim loại và có khả năng hoà tan Cu
2
S tạo thành CuSO
4
được
dùng để điều chế đồng bằng phương pháp thuỷ luyện. Sắt là nguyên tố quan trọng cho
sự sống và công nghiệp. Vì thế người ta tìm nhiều cách thức và phương pháp để tách

và làm giàu nguyên tố này.
1.2. Sự tạo phức của sắt với thuốc thử hữu cơ
1.2.1 Khả năng tạo phức của Fe
3+
với thuốc thử axit sunfosalixilic
Fe
3+
+ m SSal  [ Fe(SSal)
m
]
(3-2m)+

Đối với Fe
2+
axit sunfosalixilic tạo phức với Fe
2+
có màu phụ thuộc vào nồng độ
axit của dung dịch và có:
pH λ
max
( nm )
1,5 500
5 460

SSal được sử dụng rộng rãi để xác định Fe
2+
trong khoảng pH = 2,0 – 2,8; trong
môi trường axit, hoặc xác định tổng lượng Fe
2+
và Fe

3+
trong môi trường kiềm.
Đối với Fe
3+
, tùy thuộc vào pH mà phức tạo thành có thành phần như thế nào và
ở các bước sóng khác nhau:
pH Môi trường

Phức Màu λ
max
(nm)
1,8 - 2,5 axit Fe[SSal]
+
Đỏ tím 510
4 - 8 Đệm axetat

[Fe(SSal)
2
]
-

Đỏ da cam 490
9 - 11 Đệm amoni

[Fe(SSal)
3
]
3-

Vàng da cam

420 - 430
> 12 Ba zơ Phân hủy
Ở pH > 12 phức bị phân hủy do xảy ra sự hình thành phức hidroxo.
1.2.2 Khả năng tạo phức của Fe với các thuốc thử khác
1.2.2.1 .Thuốc thử thioxianat (SCN
-
)
Thioxianat là một thuốc thử nhạy đối với Fe
3+
, 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 dịch. Cường độ màu của Fe
3+
– SCN
-
hấp thụ cực đại ở bước
sóng λ = 480 nm, dung dịch phức Fe
3+
– SCN
-
bị giảm màu khi để ngoài ánh sáng, tốc
độ giảm màu chậm trong vùng axit yếu và nhanh khi nhiệt độ tăng. Khi có mặt H
2
O

2

hoặc (NH
4
)S
2
O
8
càng làm cho cường độ màu và độ bền màu của phức giảm đi. Khi
nồng độ SCN
-
lớn không những nó làm tăng độ nhạy của phép đo mà còn loại trừ được
ảnh hưởng của các ion F
-
, PO
4
3-
và một số anion khác tạo phức được với ion Fe
3+
.
Trong môi trường axit có những ion gây ảnh hưởng đến việc xác định Fe
3+
bằng SCN
-

như C
2
O
4
, F

-
. Ngoài ra còn có các ion tạo phức màu hay kết tủa với ion thioxianat
như Cu
2+
, Co
2+
, Ag
+
, Hg
2+
,… Sự cản trở của Co
2+
là do màu của bản thân nó ta có thể
loại trừ bằng cách đo mật độ quang ở bước sóng thích hợp. Các ion Hg
2+
, Cd
2+
, Zn
2+

tạo phức với SCN
-
sẽ làm giảm cường độ màu của Fe
3+
- SCN
-
. Do đó muốn sử dụng
phương pháp này cần phải tách các ion ảnh hưởng đến màu của phức.
Phương pháp dùng thuốc thử SCN
-

có giới hạn phát hiện kém, độ chính xác thấp
mà được sử dụng rộng vì phương pháp này đơn giản, nhanh, áp dụng được trong các
dung dịch axit mạnh và chi phí của nó tương đối thấp. Phương pháp này xác định được
hàm lượng sắt từ 1 – 10 ppm. Người ta cũng đã sử dụng phức của Fe
3+
với SCN
-
để
chiết lên dung môi hữu cơ nhằm tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định Fe
2+
.
Trong nghiên cứu này các tác giả đã nghiên cứu thành công phép chiết Fe
2+
- SCN
-

bằng chất chiết tetrabutyl amoni sunfat (TBAS) bằng dung môi clorofom. SCN
-
là một
trong số ít các thuốc thử vô cơ được dùng để xác định sắt.
Cũng dựa trên các cơ sở các nghiên cứu trước về sự tạo phức màu của Fe và SCN
-
,
gần đây một số tác giả đã đề xuất một số phương pháp xác định sắt tổng và Fe
3+
trong
nước mưa ở nồng độ cỡ ppb. Đây là phương pháp xác định sắt đơn giản, có độ nhạy và
độ chọn lọc cao. Phương pháp này dựa trên phản ứng tạo màu giữa Fe
3+
và SCN

-
và sự
có mặt của một cation mang hoạt tính hoạt động bề mặt, chẳng hạn như cetyl pyridin
clorua (CPC), trong môi trường axit HCl đặc, sau đó chiết phức này với N – octyl
axetamin bằng dung môi toluen hoặc clorofom. Hệ số hấp thụ phân tử của phức là
14


ε = 2,6.10
5
l.mol
-1
.cm
-1
tại bước sóng cực đại là λ
max

= 480 nm và hệ số làm giàu là 10.
Giới hạn phát hiện là 5.10
6
mg/ml. Các ion thường đi cùng với sắt không gây cản trở
tới phép xác định. Phương pháp này được kiểm tra bằng phương pháp quang phổ
huỳnh quang hấp thụ nguyên tử (GF – AAS) và sử dụng để xác định hàm lượng sắt ở
nồng độ cỡ ppb trong các mẫu nước.
1.2.2.2 .Thuốc thử o – Phenantrolin
Thuốc thử o – Phenantrolin là một thuốc thử khá nhạy, dùng để xác định ion Fe
2+

dựa trên sự tạo phức giữa thuốc thử và Fe
2+

.

N
N
Fe
2+
N
N
Fe
2+
/3

Phức này hoàn toàn bền, cường độ màu không thay đổi trong khoảng pH từ 2 – 9
và phức có λ
max

= 510 nm. Một số nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình này như: bạc, sắt
do tạo nên kết tủa; Cd, Hg và Zn tạo phức khó tan với thuốc thử đồng thời làm giảm
cường độ màu của phức sắt ; Be , Sn, Cu, Mo cũng gây ảnh hưởng và các nguyên tố
này có thể hạn chế ảnh hưởng bằng cách điều chỉnh pH trong khoảng hẹp như : Hg
có thể có mặt 10 ppm (pH từ 3 – 9), Be có thể có khoảng 50 ppm (pH từ 3 – 5,5), Co
có khoảng 10 ppm (pH từ 2 - 5), Sn
2+
không quá 20 ppm (pH từ 2 – 3), Sn
4+
nhỏ hơn
50 ppm (pH = 2,5) đều không cản trở sự tạo màu của phức giữa sắt và thuốc thử.
Fe
3+
cũng tạo phức với o – Phenantrolin, phức này có màu xanh lục nhạt ở

λ
max

= 585 nm. Tuy vậy, phức này không bền theo thời gian và chuyển dần sang màu
vàng nhạt có cực đại hấp thụ ở λ
max

= 360 nm .
1.2.2.3 .Thuốc thử bato – phenantrolin
Phức của Fe
2+
với bato – phenantrolin có thể được chiết bằng nhiều dung môi hữu
cơ, trong đó tốt nhất là ancol n – amylic và iso – amylic và clorofom.
15



N
N

Người ta thường dùng clorofom để chiết vì nó có tỷ trọng cao nên dễ chiết. Phức
này có thể được chiết bằng hỗn hợp clorofom – ancol etylic khan với tỉ lệ 1:5 hoặc 5:1,
pH thích hợp cho sự tạo phức là 4 – 7 . Để tránh hiện tượng thủy phân đối với các ion
ta cho thêm vào dung dịch một ít muối xitrat hay tactrat. Cu
2+
gây ảnh hưởng cho việc
xác định Fe
2+
bằng thuốc thử bato – phenantrolin, ngoài ra một số ion kim loại hóa trị
II như Co, Ni, Zn, Cd với một lượng lớn cũng gây ảnh hưởng. Các anion không gây

ảnh hưởng cho việc xác định sắt bằng thuốc thử này.
1.2.2.4 .Thuốc thử 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN)
Thuốc thử tạo phức với sắt được nghiên cứu trong môi trường kiềm ở pH tối ưu 6 –
8, phức bền theo thời gian và phức có thành phần Fe : R là 1 : 2 ở λ
max

= 565 nm ,
ε = 2,7.10
4
.
N
N = N
Fe
O
H2O
H2O
N
N = N
O

1.2.2.5 .Thuốc thử 4- (2- pyridylazo) rezocxin ( PAR )
Thuốc thử PAR có công thức cấu tạo như sau:
16



N=N
OH
H
O

N

PAR là chất bột màu đỏ thắm, tan tốt trong nước, ancol và axêton. Khi tan trong
nước dung dịch có màu vàng. Trong thương mại, thuốc thử PAR thường được sử dụng
dưới dạng muối có công thức phân tử C
11
H
8
N
3
O
2
Na.H
2
O.
Các cân bằng của thuốc thử PAR trong dung môi nước:
N N
HO
N
OH
+
H
K
0
=10
-3,1
H
3
R
+

(pH<2,1)

N N
N
OH
HO
H
2
R (pH=2,1-4,2)


N N
HO
N
O
-
HR
-
(pH= 4,2- 9)
K
1
=10
-5,6

N N
-
O
N
O
-

R
2-
(pH= 10,5- 13,5)
K
2
=10
-11,9

PAR tạo phức với Fe
3+
tùy thuộc vào pH của dung dịch.
+ Ở pH = 8 – 9,3 thì λ
max

= 500 nm, ε = 6,04.10
4
.
+ Ở pH = 4 xác định được thành phần phức Fe : PAR là 1 : 2 , λ
max
biến động ở các
giá trị khác nhau như λ
max

= 517 nm , ε = 4,2.10
4
.
λ
max

= 496 nm , ε = 6,05.10

4
.
λ
max

= 720 nm .
1.2.2.6 .Thuốc thử trioxyazobenzen (TOAB)
Phức màu Fe
3+
- TOAB tạo thành tốt nhất ở pH = 8 – 12 , phức bền với thời gian ,
có độ nhạy cao, có λ
max

= 452 nm và 610 nm, ε = 4,3.10
4
. Phức có thành phần
Me:R=1:2. Trong môi trường kiềm phức màu mang điện tích âm, sau khi thêm
tetrabutyl amoni clorua để trung hòa điện tích thì phức có thể được chiết bằng một số
dung môi chứa oxi, đặc biệt là ancol iso – amylic. Theo phương pháp này hàm lượng
sắt được xác định là 1,1 – 6 μg/l với sai số 2 – 8 %.
17


N
N
O-
O
O
Fe
N

N
O
-
O
O
H
H

1.3.Nghiên cứu về thuốc thử axit sunfosalixilic
1.3.1.Tính chất của thuốc thử axit sunfosalixilic.
CTPT: C
7
H
6
O
6
S ; KLPT: 254,2
Ở điều kiện thường SSal ở dạng tinh thể ngậm hai phân tử nước : C
7
H
6
O
6
S.2H
2
O
CTCT:
O
-
COOH

SO
3
H
OH
COO
-
SO
3
H
2-hydroxy-5-sulfobenzoate
OH
COOH
SO
3

-

2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid
2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid2-hydroxy-5-sulfobenzoic acid
2-hydroxy-5-sulfobenzoate

Axit sunfosalixilic (axit 2-hydroxy-5-sunfobenzoic hay axit salixylsunfonic viết tắt
là SSal) là một loại thuốc thử hữu cơ tinh thể màu trắng hay hồng, là một axit bền với
chất oxi hóa, có độ tan lớn trong nước, dễ hút ẩm hay kết tinh thành khối. Nhuộm
hồng khi có vết Fe.
Loại không nước nóng chảy ở 120
o
C, có bị phân hủy một phần. Khi hấp thụ ẩm
trong không khí thì nhiệt độ nóng chảy giảm xuống 110
o

C và thấp hơn. Rất dễ tan
trong nước, ancol etylic và ete….
18


Phản ứng: dung dịch SSal trong nước tác dụng FeCl
3
cho màu tím đỏ, thêm
CH
3
COONa dung dịch chuyển sang màu nâu, thêm dung dịch NH
3
(đậm đặc) dung
dịch sẽ chuyển sang màu vàng.
Loại axit sunfosalixilic thương phẩm thường có nhiều tạp chất, có thể tinh chế như
sau: pha chế dung dịch bão hòa axit SSal trong rượu etylic ở nhiệt độ thường. Để yên
nhiều ngày, lọc bỏ kết tủa, lặp lại nhiều lần.
1.3.2.Khả năng tạo phức của axit sunfosalixilic
Xác định so màu Fe. Xác định gián tiếp Na. Axit sunfosalixilic tác dụng với các
ion kim loại Al , Fe , Ti , …tạo phức chất tan nên có thể dùng để tách các nguyên tố
(ví dụ tách Ti khỏi Fe). Để định phân Be. Làm chỉ thị kim loại để xác định nhiều ion
theo phương pháp complexon. Để kết tủa và xác định anbumin theo phương pháp đo
độ đục.
1.4.Các phương pháp xác định sắt
1.4.1.Phương pháp khối lượng
Làm kết tủa sắt dưới dạng hidroxit [Fe(OH)
3
] , sau đó tách ra khỏi một số kim loại
kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb,…. Các hidroxit của các kim loại này kết tủa ở pH cao hơn
hidroxit sắt hoặc nó bị giữ lại khi có mặt của NH

3
trong dung dịch. Các ion tactrat,
xitrat, oxalat, pyrophotphat có thể ảnh hưởng đến quá trình kết tủa sắt hoàn toàn. Khi
có mặt các ion đó, ta cho kết tủa với S
2-
trong đó có lượng nhỏ cadimi. Nhưng phương
pháp này không được đánh giá cao vì sunfua các kim loại ít tan trong (NH
4
)
2
S dư. Khi
kết tủa sắt bằng (NH
4
)
2
S có mặt tactrat ta có thể tách sắt ra khỏi titan, uran, vanadi,
photphat và một số nguyên tố khác.
1.4.2.Phương pháp trắc quang
Phương pháp trắc quang được dùng phổ biến để xác định sắt. Sau đây là một số
thuốc thử mà các nhà phân tích đã nghiên cứu.
Xác định sắt bằng phương pháp trắc quang và chiết trắc quang
Thuốc thử dư Độ nhạy

λ
max

pH xác Th
ời gian biến
Ảnh hưởng
19

(nm)

định màu thuốc thử dư
α,α’-dipyridyl 0,007 522

3 – 9 1 năm Không
2,2’,2”-terpyridyl 0,005 552

3 – 10 1 năm không
Disodium-1,2-
dihirobenzen
0.009 430

8,5 – 9,5

Vài tháng Vài tháng
3,5-
disunfonyl ferron
0,015 610

2,7-3,7

1-2 tuần Không
4-hidroxylbiPhenyl-3
-
cacboxylic axit
0.003 575

3 1 ngày Có
Mercapto axetic axit

0,014 540

7-12 Vài giờ Không
Muối nitro-R 0,0023

720

3,9-5,1

6 giờ Không
o-Phenantrolin 0,007 508

2-9 1 ngày Không
Axit salixilic 0,03 520

2,5-2,7

2-3 ngày Có
Axit sunfosalixilic 0,01 430

7 Hơn 1 ngày Không
Thioxianat 0,008 480

Axit Giảm Có
Thioxiant/nước -
axeton
0,004 482

axit Biến đổi theo t

Có
1.4.3.Phương pháp chuẩn độ pemanganat
Phản ứng oxi – hóa bằng ion pemanganat MnO
4
-
là cơ sở của phương pháp
pemanganat. Phương pháp này có thể thực hiện trong môi trường axit, kiềm và trung
tính. Khi thực hiện trong môi trường axit, mangan (VII) bị khử tới mangan (II) và màu
tím đỏ của dung dịch bị mất.
Thực hiện chuẩn độ muối sắt (II) bằng kalipemanganat: Axit hóa dung dịch bằng dung
dịch axit sunfuric và chuẩn độ tới điểm cuối. Sắt (II) bị oxi hóa thành Sắt (III):
5Fe
2+
+ MnO
4
-
+ 8H
+
→ 5Fe
3+
+ Mn
2+
+ 4H
2
O
Biết nồng độ đương lượng và thể tích cần chuẩn độ của KMnO
4

dễ dàng tính được
lượng sắt trong dung dịch.

20


1.4.4.Các phương pháp khác xác định sắt
Một số phương pháp khác xác định sắt như: phương pháp sắc ký ion , phương pháp
hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, phương pháp Vôn Ampe,…Tuy nhiên các phương pháp
này có chi phí cao, dẫn đến giá thành cao và ít được sử dụng.
1.5. Các phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự tạo phức của
Fe(III) với axit sunfosalixilic bằng phương pháp trắc quang
Xác định thành phần phức:
1.5.1.Phương pháp hệ đồng phân tử gam ( phương pháp biến đổi liên tục, phương
pháp Oxtromưxlenko-Job )
Chuẩn bị hai dãy dung dịch có nồng độ hằng định.
 Dãy dung dịch 1: C
Fe
3+ + C
SSal
= a M
 Dãy dung dịch 2: C
Fe
3+
+ C
SSal
= b M
Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch ở các điều kiện tối ưu và so sánh với
mẫu trắng tại bước sóng 
max

. Suy ra thành phần phức: Fe(SSal)
m
(3-2m)+

1.5.2.Phương pháp tỷ số mol (phương pháp đường cong bão hòa)
Pha 2 dãy dung dịch có C
Fe
3+
= const
C
SSal
thay đổi
và C
Fe
3+
thay đổi
C
SSal
= const
Tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng 
max

, ta cũng thu được dãy các A
Suy ra thành phần phức: [Fe(SSal)
m
]
(3-2m)+

1.6.Các phương pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức

1.6.1.Phương pháp hệ đồng phân tử gam
Phương pháp này được sử dụng rất phổ biến để xác định thành phần của phức màu.
Pha một dãy dung dịch: C
Fe
3+
= C
SSal
và có C
Fe
3+
+ C
SSal
= const ( ở cùng các điều
kiện tối ưu) .
Đo mật độ quang của các dung dịch , ta có đồ thị:
21











1.6.2.Phương pháp xử lí thống kê đường chuẩn
Khi nghiên cứu sự phụ thuộc mật độ quang và nồng độ của phức sẽ thiết lập
được phương trình đường chuẩn có dạng:





biai
bCaA


Trong đó:
phúc
ii
iiii
CCn
ACACn
a





 



22
)(.



 








22
2
)(.

ii
iiiii
CCn
ACCAC
b
1.6.3.Phương pháp Komar
Phương trình: M + qHR  MR
q
+ qH
+
, K
cb

Điều kiện để áp dụng phương pháp Komar:
- Đã biết được thành phần phức
- Đã nghiên cứu cơ chế của phản ứng tạo phức từ đó viết được phương trình của
phản ứng tạo phức.
- Nhiệt độ, pH, lực ion, bề dày cuvet và bước sóng không đổi.
- Nồng độ ban đầu của các cấu tử tác dụng có thể thay đổi nhưng luôn đảm bảo tỷ lệ:

C
HR
= q.C
M



C
SSal
A
o
a

22


1.7.Đánh giá các kết quả phân tích
Để thu được kết quả của phép phân tích với độ tin cậy và chính xác cao, ngoài việc
lựa chọn phương pháp, các điều kiện tối ưu và các thao tác thí nghiệm thì việc xử lí và
đánh giá các kết quả cũng có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Để đánh giá độ chính
xác của kết quả phân tích, ở đây tôi áp dụng phương pháp toán học thống kê với một
số nội dung chính chủ yếu như sau:
 Xác định độ lặp lại của các kết quả phân tích:
Khi tiến hành phân tích n lần với các giá trị X
1
, X
2
, X
3
, X

4
, … X
i
ta sẽ có:
- Hàm lượng trung bình:
n
X
X
i


- Phương sai:


1
2
2




n
XX
S
i

- Độ lệch chuẩn trung bình:
n
S
S

X
2

 Xác định độ tin cậy của các kết quả phân tích:
- Độ tin cậy:
X
kp
St .
;



trong đó t
p;k
là hàm phân bố student ứng với bậc tự do k (k = n-1) và xác suất p
- Khoảng tin cậy:

 XaX

Nếu ε càng nhỏ thì càng gần tới giá trị thực
- Hàm phân bố thực nghiệm:
X
tn
S
aX
t


So sánh t
tn

với t
p;k
nếu t
tn
< t
p;k
thì
aX 
là do nguyên nhân ngẫu nhiên hay kết quả
phân tích là tin cậy và chấp nhận được.
- Sai số tương đối: 100.
.
100.%
;
X
St
X
q
X
kp




23


CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ và thiết bị

2.1.1 Dụng cụ:
- Pipet, buret, kiêm tiêm 1 ml, bình định mức các loại (10 ml, 25 ml, 100ml, 250ml).
- Cốc thủy tinh các loại.
- Ống nghiệm nhỏ 1 cm .
- Các ống nhỏ có thể tích khoảng 10 hoặc 25 ml có nắp đậy.
2.1.2 Thiết bị:
Cân phân tích, máy đo quang, xử lí số liệu (trên máy vi tính).
2.2 Hóa chất và cách pha
2.2.1.Hóa chất:
- Muối FeCl
3
.6H
2
O.
- Axit sunfosalixilic (SSal.2H
2
O).
- Axit HCl đậm đặc.
- Axit CH
3
COOH đậm đặc.
- CH
3
COONa tinh thể ( hoặc dung dịch NaOH 10 %).
- Muối NH
4
Cl tinh thể .
- NH
3
đậm đặc.

- Muối NaNO
3
.
2.2.2.Cách pha hóa chất:
+ Dung dịch gốc Fe
3+
10
-3
M: cân một lượng chính xác FeCl
3
.6H
2
O rồi thêm nước
cất đến vạch của bình định mức 250 ml, ta sẽ thu được dung dịch Fe
3+
có nồng độ 10
-3

M . Xác định lại dung dịch bằng phương pháp chuẩn độ Complexon với chỉ thị SSal ở
pH = 2,5 – 3,0.
24


+ Dung dịch thuốc thử axit SSal 10
-3
M: cân một lượng chính xác axit SSal
(C
7
H
6

O
6
S.2H
2
O), rồi thêm nước cất đến vạch của bình định mức 250 ml, ta sẽ thu
được dung dịch SSal có nồng độ 10
-3
M .
+ Dung dịch đệm axetat: pH = 4,2 → 4,5
Hoà 60 ml axít axetic đậm đặc vào 300  400 ml nước, thêm 100 ml NaOH 10 %,
thêm nước thành 1 lít, khuấy đều.
Hoặc pha từ:Axit CH
3
COOH đậm đặc và CH
3
COONa tinh thể.
+ Dung dịch HCl ( nồng độ 0,01M ) để tạo môi trường có pH khoảng 1,8 → 2,5
+ Dung dịch đệm amoni: pH = 9,5 → 10,5
Hoà tan 54 g amoni clorua vào 500 ml nước, thêm 350 ml NH
3
đậm đặc, thêm nước
thành 1 lít, khuấy đều.
+ Dung dịch NaNO
3
1M: cân một lượng chính xác NaNO
3
rồi cho nước đến vạch
định mức, dùng để cố định lực ion.
2.3 Cách tiến hành
Hút một thể tích xác định thuốc thử SSal, thêm một thể tích xác định NaNO

3
để giữ
lực ion, thêm đệm, sau đó hút một thể tích chính xác Fe
3+
, thêm nước cất đến vạch
định mức.
Để 20 phút rồi đo mật độ quang của phức tạo thành.
2.4 Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp trắc quang xác định các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức
(λ
tư
, pH
tư
,…) sử dụng điều kiện tối ưu để xác định thành phần của phức Fe (III) –
SSal ở các pH khác nhau, từ đó xét ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức.





25


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát các phổ hấp thụ
Xác định phổ của dung dịch và phức tạo thành:
Chuẩn bị:
- Dung dịch Fe(III) có nồng độ:
3

Fe
C = 2,0.10
-5
M;
3
NaNO
C = 0,1 M ở pH = 2,0 được
điều chỉnh bằng HCl.
- Dung dịch phức Fe(III) – SSal có nồng độ:
3
Fe
C = 2,0.10
-5
M; C
SSal
= 10.10
-5
M;
3
NaNO
C = 0,1 M ở pH= 2 được điều chỉnh bằng HCl và pH = 4,5 được điều chỉnh
bằng đệm axetat .
Đo mật độ quang của dung dịch và phức chất tạo thành.Từ đó ta xác định được các
bước sóng (
max
) của phức.
Ta xác định được 
max
của phức ở pH =2,0 và pH = 4,5. Thu được kết quả như sau:
Bước sóng (nm) A (pH = 2,0) A (pH = 4,5)

400 0,194 0,224
410 0,211 0,241
420 0,224 0,263
430 0,260 0,296
440 0,284 0,336
450 0,311 0,362
460 0,345 0,382
470 0,368 0,400
480 0,390 0,404
490
0,400
0,414
500 0,404
0,392