NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC GIỮA La(III) VỚI THUỐC THỬ 4-(3-METYL-2-PYRIDYLAZO)REZOCXIN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG

1


ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC GIỮA La(III) VỚI THUỐC THỬ
4-(3-METYL-2-PYRIDYLAZO)REZOCXIN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN
Sinh viên thực hiện: LÊ THỊ NHƢ NGỌC
Lớp: HĨA 4A


CẤU TRÚC KHÓA LUẬN




MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
Chƣơng 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN



KẾT LUẬN

MỞ ĐẦU
Lantan là một nguyên tố thuộc nhóm lantan hay cịn gọi là nhóm các
ngun tố họ đất hiếm. Tuy thuộc vào nhóm các ngun tố đất hiếm
nhưng lại khơng hiếm, có sẵn với lượng tương đối lớn và ngày càng
có nhiều ứng dụng trong đời sống và cơng nghiệp.
Ngày nay, việc sử dụng lantan và hợp chất của nó ngày càng phát
triển cùng với sự phát triển của khoa học – cơng nghệ, và có nhiều
phương pháp xác định lantan như: ....


Chƣơng 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Sơ lƣợc về các NTĐH và nguyên tố lantan
1.1.1. Sơ lược về các NTĐH

1.1.2. Trạng thái tự nhiên của lantan
1.1.3. Vị trí, cấu tạo và tính chất của lantan
1.1.4. Một số hợp chất của lantan

1.1.5. Điều chế và ứng dụng
1.1.6. Khả năng tạo phức của lantan với các phối tử
1.2. Thuốc thử 4-(3-metyl-2-pyridylazo)rezocxin

1.2.1. Cấu tạo, tính chất của 3-CH3-PAR
1.2.2. Khả năng tạo phức của 3-CH3-PAR và ứng dụng trong
phân tích.


Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.1. Một số phƣơng pháp trắc quang xác định thành phần phức

2.1.1. Phương pháp tỉ số mol
2.1.2. Phương pháp hệ đồng phân tử gam
2.1.3. Phương pháp hiệu suất tương đối Staric – Bacbanen

2.2. Cơ chế tạo phức đơn phối tử giữa thuốc thử với ion kim loại
2.3. Phƣơng pháp xác định hệ số hấp thụ phân tử gam ɛ
2.4. Kỹ thuật thực nghiệm

2.4.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
2.4.2. Hóa chất
2.4.3. Cách tiến hành thí nghiệm


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tạo phức tối ƣu giữa La(III) với 3 – CH3 – PAR

3.1.1. Phổ hấp thụ của thuốc thử và phức
∆A
3-CH3-PAR
La(III)-(3-CH3-PAR)

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

λ(nm)

0.0
375

400

425

450

475

500

525

550

575

600

Hình 3.1. Phổ hấp thụ của thuốc thử 3-CH3-PAR và
phức La(III)-(3-CH3-PAR)

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tạo phức tối ƣu giữa La(III) với 3 – CH3 – PAR

3.1.1. Phổ hấp thụ của thuốc thử và phức

Ở điều cùng điều kiện pH =10:
 Dung dịch phức La(III) – (3-CH3-PAR) có λmax = 490nm

 Dung dịch thuốc thử 3-CH3-PAR có λmax = 414nm
Nhƣ vậy có sự tạo phức giữa La(III) và 3-CH3-PAR.
Chọn giá trị λ= 490 nm để nghiên cứu tiếp theo.


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tạo phức tối ƣu giữa La(III) với 3 – CH3 – PAR

3.1.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH
∆A
0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

pH
0.0

5

6

7

8

9

10

11

12

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức vào pH

Qua đồ thị ta thấy mật độ quang của phức ổn định và có cực đại
trong khoảng pH từ 8,5– 11,0.


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tạo phức tối ƣu giữa La(III) với 3 – CH3 – PAR

3.1.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức theo thời gian
∆A

A

0.440

0.435

t (phút)
0.430
0

10

20

30

40

50

60

Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức theo thời gian

Kết quả cho ta thấy phức tạo thành giữa La(III) và 3-CH3-PAR
có mật độ quang ổn định sau 10 phút và bền theo thời gian.


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tạo phức tối ƣu giữa La(III) với 3 – CH3 – PAR

Kết luận về điều kiện thích hợp:

 λmax: 490nm
 pH : 8,5 – 11,0
 Thời gian ổn định phức màu: sau 10 phút


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.2.1. Phƣơng pháp tỉ số mol
Cách 1: [La(III)] = const , [3-CH3-PAR] tăng dần.
∆A
0.4

0.3

0.2

0.1

C3-CH3 -PAR /C La 3+
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

Hình 3.4. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp tỉ số mol
khi cố định nồng độ La(III)


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.2.1. Phƣơng pháp tỉ số mol
Cách 2: [3-CH3-PAR] = const và [La(III)] tăng dần.
∆A

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

C La 3+ /C3-CH3 -PAR
0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

Hình 3.5. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp tỉ số mol khi cố định
nồng độ 3-CH3-PAR

Kết quả nghiên cứu theo phƣơng pháp tỉ số mol cho thấy tỉ lệ tạo
phức giữa La(III) : (3-CH3-PAR) = 1 : 2.


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.2.2. Phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam
∆A
0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02
0

1

2

11

10

3

9

4

8

5

7

6

7

6

5

8

4

9

3

10

11

2

1

12

VLa 3+
V3-CH3 -PAR

Hình 3.6. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử gam

Kết quả nghiên cứu theo phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam
cho thấy tỉ lệ tạo phức giữa La(III) : (3-CH3-PAR) = 1 : 2


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.2.3. Phƣơng pháp Staric - Bacbanen
Dãy 1: [3-CH3-PAR] = const = 4.10-5 M, [La(III)] tăng dần

Ta thấy hàm số ΔAi/CLa(III) = f(ΔAi/ΔAgh)
là một đƣờng thẳng vì vậy m = 1, hay
phức tạo thành là đơn nhân.

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔAi/CLa(III) = f(ΔAi/ΔAgh)


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.2.3. Phƣơng pháp Staric - Bacbanen
Dãy 2: [La(III)] = const= 2.10-5 M , [3-CH3-PAR] tăng dần
∆Ai/CTT.10-5

Đồ thị hàm số là một đƣờng cong có

0.114
0.112

cực đại ứng với ΔAi/ΔAgh = 0,513. Hệ số

0.110

n tính theo cơng thức:

0.108
0.106

n

0.104
0.102
0.100

1
1

2
ΔA
1  0,513
i
1
ΔA

gh

∆Ai/∆Agh

0.098
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔAi/CTT = f(ΔAi/ΔAgh)

Kết quả nghiên cứu thành phần phức cho tỉ lệ La(III) : (3-CH3-PAR)
là 1 : 2 và phức tạo thành là phức đơn nhân.


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Xác định thành phần phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR

Vậy, qua nghiên cứu sự tạo phức giữa La(III) với 4-(3metyl-2-pyridylazo)rezocxin theo 3 phương pháp tỉ số mol,

hệ đồng phân tử gam và phương pháp Straric Bacbanen, có thể kết luận rằng:

 Phức tạo thành là phức đơn nhân
 Tỉ lệ tạo phức: La(III) : (3-CH3-PAR) = 1 : 2


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của La(III) theo pH
Trong dung dịch La(III) bị thủy phân một nấc theo phƣơng trình :

La3+ + H2O  La(OH)2+ + H+

Ka = 10-8,14
2+

La(OH)
3+
La

%
100

80

60

40

20

0

pH
0

2

4

6

8

10

12

14

16

Hình 3.9. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của La(III) theo pH


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.2. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của 3-CH3-PAR theo pH
Thuốc thử 3-CH3-PAR khi tan trong nƣớc tồn tại các cân bằng sau:
H3R+  H2R + H+
H2R  HR- + H+
HR-  R2- + H+

K0 = 10-4,3
K1 = 10-6,8
K2 = 10-11,95

%

(1)

100

(4)

(3)

(2)

80

(1) % H2R
(2) % H3R+
(3) % HR(4) % R2-

60
40
20
0

pH

0

2

4

6

8

10

12

14

Hình 3.10. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của 3-CH3-PAR theo pH


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.3. Cơ chế tạo phức giữa La(III)-(3-CH3-PAR)
Sử dụng đoạn tuyến tính trong đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật
độ quang của phức La(III)-(3-CH3-PAR) vào pH và xác định các
giá trị: Ck, (CR – 2Ck), (-lgB)
Dựa vào đồ thị, ta thấy cả 2
-lgB
13.5
13.0
12.5

(2)
3+

(1) La
2+
(2) La(OH)

(1)

12.0

đƣờng đều có dạng thẳng, có tg
nguyên dƣơng nhƣng do đƣờng
(1) có i bé hơn đƣờng (2) nên ta

11.5
11.0

chọn đƣờng có i = 0 làm dạng

10.5
10.0

tồn tại chủ yếu.

9.5
9.0
8.5

pH
6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc -lgB = f(pH)

tg =

(-lgB)
= qn ≈ 4
pH

Suy ra: n = 2


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.3. Cơ chế tạo phức giữa La(III)-(3-CH3-PAR)
* Từ đó, rút ra kết luận:

- Dạng ion kim loại đi vào phức là La3+

- Dạng thuốc thử 3-CH3-PAR đi vào phức là R2- Vậy tôi dự đốn cơng thức của phức là:


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.4. Xác định các hằng số Kp, Kh, β của phức theo phƣơng pháp K
omar ứng tạo phức:
Phản

La(OH)2+ + 2HR-  LaR2 2- + H+ + H2O , Kp
Cân bằng xác định hằng số bền của phức
[LaR -2 ]

La3+ + 2R2-  LaR2 22- 2
[La 3+ ].[R ]

Ta có:
3+

[La ] =

CLa3+ - Ck
1+K a .h -1

[CLa3+ - Ck ] K a
[La(OH) ] =
.
-1
1+K a .h
h

2+

C3-CH3 -PAR - 2.Ck
K1.K 2
[R ] =
.
2
h
( 1+ K -1.h + K1.h -1 + K1.K 2 . h -2 )
0
2-

(C3-CH3 -PAR. - 2.Ck )
K1
[HR ] =
.
h ( 1+ K -1.h + K1.h -1 + K1.K 2 . h -2 )
0
-


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.4. Xác định các hằng số Kp, Kh, β của phức theo phƣơng pháp Komar
Bảng 3.13. Kết quả tính Kkb, lgKp và lg của phức LaR22pH

6,03

6,21

6,62

6,83

7,03

Ck.105 (M)

0,45

0,86

1,37

1,53

1,68

[La3+] (M)

1,54.10-5

1,13.10-5

6,12.10-6

4,53.10-6

3,00.10-6

[La(OH)2+](M)

1,11.10-7

1,29.10-7

1,77.10-7

2,07.10-7

2,17.10-7

[HR-] (M)

4,17.10-6

4,53.10-6

4,86.10-6

4,73.10-6

3,94.10-6

[R2-] (M)

4,68.10-12

8,06.10-12

2,17.10-11

3,35.10-11

4,42.10-11

lgKp

6,38

6,32

5,92

5,72

5.70

lg

22,14

22,08

21,68

21,48

21,46

* Xử lí thống kê (với độ tin cậy là 0,95), ta đƣợc kết quả :
lgK p  6,01  0,40; lgβ  21,77  0,40


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3

3.3. Nghiên cứu cơ chế tạo phức giữa La(III) với 3-CH3-PAR
3.3.5. Xác định hệ số hấp thụ phân tử gam (ε) của phức theo phƣơng
pháp Komar

Chuẩn bị một dãy dung dịch phức có C3-CH3 -PAR = 2.CLa(III)
ĐKTN: pH = 10 , λ max = 490 nm , tphản ứng = 10 phút
* Tính hệ số hấp thụ phân tử gam ε của phức bằng công thức:

n.(ΔA i - B.ΔA k )
ε=
l.Ci .(n - B)
- Trong đó:
l.ε MR q .Ci - ΔAi

 ΔAi - q.l.ε HR .Ci 
=

l.ε MR q .Ck - ΔA k  ΔA k - q.l.ε HR .Ck 

q = 2; C3-CH

-PAR =
3

1
q+1

= B (6)

8.103 (l.cm-1.mol-1)

Ci
;n=
Ck


Bảng 3.14. Kết quả xác định  của phức bằng phương pháp Komar

∆Ak= 0,435

Ci = 2,0.10-5M

∆Ai = 0,435
∆Ak= 0,109

Ci = 1,5.10-5M

∆Ai = 0,326
∆Ak= 0,218

Ci = 1,0.10-5M

∆Ai = 0,218

0,5.10-5M

∆Ak= 0,109

Ci = 1,5.10-5M

Cặp 5

∆Ai = 0,326

Ck= 1,0.10-5M

Cặp 4

Ci = 1,5.10-5M

Ck= 0,5.10-5M

Cặp 3

∆Ak= 0,435

Ck= 2,0.10-5M

Cặp 2

∆Ai = 0,218

Ck= 2,0.10-5M

Cặp 1

Ci = 1,0.10-5M

∆Ai = 0,326

Ck=
Cặp 6

Ck= 0,5.10-5M

∆Ak= 0,109

n = 0,5

B = 0,794

1 = 2,17.104

n = 3/4

B = 0,908

2 = 2,18 .104

n=4

B = 1,56

3 = 2,17 .104

n = 3/2

B = 1,144

4 = 2,15 .104

n=2

B = 1,260

5 = 2,18.104

n=3

B = 1,441

6 = 2,17 .104

* Xử lý thống kê (với độ tin cậy là 0,95), ta đƣợc hệ số hấp thụ phân
tử gam của phức LaR22- là: ε = (2,17  0,02).104 (l.cm-1.mol-1)