KHÓA LUẬN TỔNG hợp và KHẢO sát KHẢ NĂNG hấp PHỤ ION pb2+ của vật LIỆU NANO y0 9cd0 1feo3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HÓA


PHẠM THÁI NGỌC THẢO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
CHUYÊN NGÀNH HÓA VÔ CƠ




TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG HẤP PHỤ ION Pb
2+
CỦA
VẬT LIỆU NANO Y
0.9
Cd
0.1
FeO
3

TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HÓA


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
CHUYÊN NGÀNH HÓA VÔ CƠ




TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG HẤP PHỤ ION Pb
2+
CỦA
VẬT LIỆU NANO Y
0.9
Cd
0.1
FeO

3







GVHD: Thầy MAI VĂN NGỌC
SVTH: PHẠM THÁI NGỌC THẢO





TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 1
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc

SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 2
LỜI CẢM ƠN



Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Mai Văn Ngọc và thầy
Nguyễn Anh Tiến đã nhận và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện
khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến các quý thầy cô Khoa Hóa Trường Đại học Sư
phạm TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy em trong suốt 4 năm qua, những kiến thức mà
em nhận được trên giảng đường đại học sẽ là hành trang giúp em vững bước trong
tương lai. Cảm ơn ba mẹ, bạn bè, những người thân luôn kịp thời ủng hộ động viên và
giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn.
Do trình độ và thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn này chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của quý thầy cô và bạn bè để
khóa luận được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn.
TP. HCM, tháng 5 năm 2012
SVTH


Phạm Thái Ngọc Thảo
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 3
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4
Chương 1. CÁC ĐẶC TRƯNG CHUNG VỀ HẠT NANO VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG 5
1.1. HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO 5

1.2. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT 8
1.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO 9
1.4. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO OXIT 10
1.5. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO
3
11
1.5.1. Vật liệu ABO
3
thuần 11
1.5.2. Vật liệu ABO
3
biến tính 12
1.6. VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO
3
12
Chương 2. VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ SẮT, YTTRIUM VÀ
CADMIUM 14
2.1. SẮT 14
2.1.1. Sắt (III) oxit 15
2.1.2. Sắt (III) hydroxides 19
2.2. YTTRIUM 19
2.2.1. Yttrium 19
2.2.2. Oxit yttrium 20
2.3. CADMIUM 21
2.3.1. Cadmium 21
2.3.2. Cadmium oxit 23
Chương 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
CỦA BỘT NANO 24
3.1. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 24
3.2. PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) 25

3.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG NHIỆT (TG) 26
3.4. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 27
Chương 4. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 29
4.1. TỔNG HỢP BỘT NANO Y
0.9
Cd
0.1
FeO
3
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT
TỦA
4.1.1. Hóa chất và dụng cụ 29
4.1.2. Phương pháp thực nghiệm 29
4.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỘT NANO Y
0.9
Cd
0.1
FeO
3

TỔNG HỢP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 30
KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 4

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, công nghệ nano có thể coi là hướng nghiên cứu đang
thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như các nhà đầu tư công nghiệp
bởi những ứng dụng to lớn mà nó mang lại trong sản xuất các thiết bị dùng trong công

nghiệp, điện tử, viễn thông, an ninh quốc phòng, trong y dược Các thiết bị ứng dụng
công nghệ nano ngày càng nhỏ hơn, chính xác hơn so với các thiết bị sản xuất bởi
công nghệ micro trước đó.
Do các ứng dụng kỳ diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo
ra sức mạnh về quân sự. Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi
động về phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Không chỉ ở các trường đại học có
các phòng thí nghiệm với các thiết bị nghiên cứu quy mô, mà các tập đoàn sản xuất
cũng tiến hành nghiên cứu và phát triển lĩnh vực công nghệ này.
Ở Việt Nam, tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ nano trong những năm gần đây
nhưng cũng có những bước chuyển mới tạo ra sức hút đối với các nhà khoa học. Nhà
nước cũng đã đầu tư một khoản ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu công
nghệ nano cấp quốc gia với sự tham gia của các nhà khoa học đến từ các Trường Đại
học, Cao đẳng, Trung học chuyên nghiệp, các trung tâm cũng như các Viện nghiên
cứu.
Ngày nay, để điều chế vật liệu nano người ta thường sử dụng các phương pháp
cơ bản như: phương pháp kết tinh cryochemical, phương pháp cơ hoá, phương pháp
thủy nhiệt, phương pháp điện hoá, Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ oxit
ngày nay được coi là chiếm ưu thế do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt
tính cao của bột ferrite tạo thành. Trong đó phương pháp chiến lược, kinh tế và thân
thiện môi trường được coi là phương pháp sol – gel (trong trường hợp riêng, đồng kết
tủa các cấu tử từ dung dịch lỏng của chúng).
Với những lý do trên, em chọn đề tài:
“Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ
ion

Pb
2+
của vật liệu nano Y
0.9
Cd

0.1
FeO
3
” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp cùng với
mong muốn đóng góp thêm một số thông tin về loại vật liệu này.

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 5
Chương 1. CÁC ĐẶC TRƯNG CHUNG VỀ HẠT NANO VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG
1.1. HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO
Trong khoảng vài thập niên gần đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ
mới gắn liền với hậu tố “nano” như: cấu trúc nano, công nghệ nano, vật liệu nano, hoá
học nano, vật lý nano, cơ học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích thước
nano v.v. Người ta đã công bố hàng loạt các bài báo, các công trình khoa học, các tạp
chí và tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn liền với chủ đề công nghệ nano. Xuất hiện
nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ bộ môn, khoa, chuyên ngành về công nghệ nano
và vật liệu nano. Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra
đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần (10
-9
). Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet = 1 phần
tỷ mét hay 1nm = 10
-9
m.
Khoa học nghiên cứu về hạt nano đã và đang được quan tâm do chúng có tính
chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi nghiên cứu về hạt
micro.
Công nghệ nano là tổ hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết bị máy
móc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc nano, tức
là các đơn vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm. Công nghệ nano xuất hiện trên

cầu nối của một số ngành khoa học (hoá học, vật lý, cơ học, khoa học vật liệu, sinh
học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học), ngày càng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện
đại của khoa học và kỹ thuật và thông qua chúng, nó đi vào đời sống của chúng ta.
Vật liệu nano

là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét. Về
trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. Vật liệu
nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất
lỏng và khí.
Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình
dạng, cấu trúc của vật liệu và kích thước của chúng v.v
Về mặt cấu trúc thì vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano không
chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D) ( hình 1 và 2).
 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử)
Ví dụ: đám nano, hạt nano v.v
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 6
 Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện
tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù).
Ví dụ: dây nano, ống nano v.v
 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai
chiều tự do.

Ví dụ: màng mỏng v.v (hình 1f)
 Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nano tinh
thể. Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của
vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một
chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

Hình 1. Phân loại vật liệu nano theo số chiều

Hình 2. Cấu trúc vật liệu nano không chiều (0D), 1 chiều (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều
(3D)
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 7
Ngoài ra, để phân biệt các dạng vật liệu nano người ta còn dựa vào lĩnh vực ứng
dụng khác nhau của chúng như:
 Vật liệu nano kim loại;
 Vật liệu nano bán dẫn;
 Vật liệu nano có từ tính;
 Vật liệu nano sinh học.













Hình 3. Phân loại vật liệu nano theo hình dạng
Quá trình tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau như hạt, thanh, dây, ống (hình
3) hay các cấu trúc nano kì dị

với sự đồng đều về kích thước, hình dạng và đơn pha

đang được tập trung nghiên cứu. Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục
đích ứng dụng khác nhau được tạo ra.
Theo quan điểm của nhiều tác giả, “hạt nano” là một đối tượng nano không
chiều (0D) mà kích thước tất cả các chiều đều có một bậc đại lượng, về nguyên tắc,
các hạt nano có dạng hình cầu. Theo quan điểm về năng lượng, sự giảm kích thước hạt
sẽ làm tăng vai trò năng lượng bề mặt của hạt cấu trúc.
Các tính chất đặc trưng của vật liệu như: hằng số điện môi, điểm nóng chảy,
chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống thang nano. Ngoài ra còn
nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính và diện tích bề mặt; các tính
chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa học thậm chí cả sinh học… cũng bị thay
đổi khi giảm kích thước đến giá trị nanomet.
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 8

Hình 4. Kích thước của vật liệu
1.2.
SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT
Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương
pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau, một số phương pháp chỉ có thể được áp
dụng để tổng hợp một số vật liệu nhất định mà thôi. Ví dụ:
 Phương pháp hóa học ướt (wet chemical): bao gồm các phương pháp chế tạo
vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal chemistry) như: phương pháp thủy nhiệt, sol-gel
và kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa các ion khác nhau được trộn
với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, giá trị pH
của môi trường làm cho các tiểu phân kết dính hoặc kết tủa từ dung dịch của chúng.
Sau các quá trình lọc, sấy khô và nung thiêu kết ta thu được các vật liệu nano mong
muốn. Ví dụ, trong tài liệu [5], tác giả đã chế tạo thành công các hạt nano Y
2
O
3

và
ZrO
2
với kích thước 5-15 nm bằng phương pháp hóa học ướt
 Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế tạo được rất đa
dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Đặc điểm của phương
pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu.
 Nhược điểm chính của phương pháp này là các hợp chất có liên kết bền với
phân tử nước gây khó khăn trong việc nhiệt phân chúng.
 Phương pháp cơ học (mechanical): bao gồm các phương pháp tán, nghiền hợp
kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước
nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay
máy nghiền quay. Thật vậy, tác giả Nguyễn Hoàng Hải [9] bằng phương pháp nghiền
đã chế tạo thành công các hạt oxit sắt từ với kích thước khoảng từ 30-100 nm.
 Ưu điểm phương pháp cơ học: là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền
và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu.
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 9
 Nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, dãi phân bố kích thước hạt không
đều, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được
hạt có kích thước nhỏ. Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu
kim loại.
 Phương pháp bốc bay: gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay
trong chân không (vacuum deposition) vật lí và hóa học. Ví dụ, trong công trình [7],
tác giả đã chế tạo thành công màng nitric coban với độ dày khoảng 90 nm.
 Ưu điểm: áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt
vì khi làm bay hơi vật liệu thì toàn thể hợp chất hoặc hợp kim sẽ bị bay hơi
do đó màng tạo ra có hợp phức khá gần với thành phần của vật liệu nguồn
(đặc biệt là các hợp kim), người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano
bằng cách cạo vật liệu từ đế.

 Nhược điểm: phương pháp này kém hiệu quả để có thể chế tạo ở quy mô
thương mại. Không thể chế tạo các màng quá mỏng, khó khống chế chiều
dày của vật liệu do tốc độ bốc bay khó điều khiển.
 Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase): gồm các phương pháp nhiệt
phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay
nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano
từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn
giản như carbon, silicon [14]. Bằng phương pháp này người ta đã thu được carbon
nano dạng ống với đường kính ngoài trung bình từ 10-30 nm.
 Ưu điểm: phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu.
 Nhược điểm: chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng
thấp. Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất
nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì
nhiệt độ của nó có thể lên đến 900°C.
1.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO
Ngày nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào
ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh, từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano
đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh và hiệu quả.
Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến
đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “xe tải kéo”, tránh được hiệu
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 10
ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Hiện nay, y tế nano trên thế giới đang nhằm vào
những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền
có nguyên nhân từ gen như: HIV/AIDS hay ung thư, tim mạch và các bệnh đang lan
rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer),
rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đối với việc sửa sang
sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ, nhiều loại thuốc thẩm mỹ có
chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức hấp
dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.

Ngoài ra, các nhà khoa học đang tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải
quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia
tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân
mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.
1.4. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO
OXIT
Ngày nay, để tổng hợp vật liệu nano ferrite người ta thường sử dụng phương
pháp đồng kết tủa các ion từ dung dịch lỏng của chúng. Phương pháp này đảm bảo
được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột ferrite tạo thành. Thực nghiệm
cho thấy, các hạt bột sản phẩm điều chế theo phương pháp đồng kết tủa thường có sự
kết tụ, gây ảnh hưởng đến tính chất vật liệu được sản xuất từ chúng.
Người ta thực hiện khuếch tán các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử
(precursor phân tử);
Hỗn hợp ban đầu được gọi là precursor có tỷ lệ các ion kim loại đúng theo hợp
thức của hợp chất mà ta cần tổng hợp, chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa các muối tan
rồi thực hiện phản ứng đồng kết tủa dưới dạng hidroxit, cacbonat, oxalate…
Cuối cùng tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa đó, ta thu được sản
phẩm
 Ưu điểm
 Chế tạo được vật liệu có kích thước cỡ nanomet.
 Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ phòng, do đó tiết kiệm
năng lượng, giảm thiểu quá trình mất mát do bay hơi, ít ô nhiễm môi trường.
 Có thể tổng hợp với khối lượng lớn.
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 11
 Trong phương pháp đồng kết tủa, các chất muốn khuếch tán sang nhau chỉ
cần vượt quãng đường từ 10 đến 50 lần kích thước ô mạng cơ sở.
 Nhược điểm
 Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa ion
kim loại và ion tạo kết tủa, lực ion, giá trị pH của môi trường

 Tính đồng nhất hóa học của oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đồng nhất của
kết tủa từ dung dịch.
 Việc chọn điều kiện để các ion kim loại cùng kết tủa là một công việc rất khó
khăn và phức tạp.
 Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc cấu tử nào đấy làm cho sản phẩm
thu được có thành phần khác với thành phần dung dịch ban đầu.
1.5. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO
3

1.5.1. Vật liệu ABO
3
thuần
Hợp chất perovskite ABO
3
thuần có cấu trúc tinh thể lý tưởng như hình 5. Ô
mạng cơ sở là hình lập phương tâm khối với các thông số mạng a=b=c và  =  =
 = 90

.










Hình 5. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO

3
thuần
Ở đây cation A nằm tại các mặt của hình lập phương, còn cation B có bán kính
nhỏ hơn nằm tại tâm của hình lập phương. Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và
6 anion
O
2-
, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion O
2-
như ở hình 5a, cấu trúc tinh thể của
hợp chất perovskite còn có thể mô tả dưới dạng sắp xếp các bát diện BO
6
như hình 5b,
với cation B nằm ở hốc của bát diện BO
6
, còn các anion O
2-
nằm ở đỉnh của bát diện
a
)
Vị trí cation A
2+
(A
3+
)
Vị trí cation B
4+
(B
3+
)

Vị trí cation O
2-
y

x

z
b
)
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 12
BO
6
. Từ hình 5b, ta thấy các góc B-O-B bằng 180
0
và độ dài liên kết B-O bằng nhau
theo mọi phương. Bát diện FeO
6
này ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất điện và tính
chất từ của vật liệu.
1.5.2. Vật liệu ABO
3
biến tính
Vật liệu ABO
3
biến tính là vật liệu có ion A hoặc B được thay thế một phần
bởi các ion khác có thể viết dưới dạng công thức tổng quát:
''
( )( )
113

A A B BO
xy
xy−−
(0
≤

x, y
≤
1). Với A có thể là các nguyên tố họ đất hiếm Ln như La, Nd, Pr,… hoặc Y;
'
A

là các kim loại kiềm thổ như Sr, Ba, Ca… hoặc các nguyên tố như: Ti, Ag, Bi, Pb…; B
có thể là Mn, Co;
'
B
có thể là Fe, Ni, Y…. Sau đây là ví dụ một số mẫu đã được
nghiên cứu chế tạo: LaFe
1-x
Ni
x
O
3
, LaNi
1-x
Co
x
O
3
, LaCo

1-x
Fe
x
O
3
, La
1-x
Sr
x
FeO
3
, La
1-
x
Ti
x
FeO
3
, La
1-x
Nd
x
FeO
3
, LaFe
0.5
Ga
0.5
O
3

, La
1-x
Sr
x
MnO
3
, La
1-x
Ca
x
MnO
3
, Ca
1-
x
Nd
x
MnO
3
,

Ca
1x
Nd
x
Mn
1-y
Fe
y
O

3

; La
1-x
Sr
x
Mn
1-y
Ni
y
O
3
, Y
1-x
Cd
x
FeO
3
, Y
1-x
La
x
FeO
3
.
[1]
Các perovskite ABO
3
bị biến tính khi được pha tạp thay thế sẽ tạo ra trạng thái
hỗn hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nền trở thành vật liệu có nhiều

hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt…
Sự sai lệch cấu trúc tinh thể được đánh giá thông qua thừa số dung hạn t do Goldsmith
đưa ra:
 =






(



)

Với R
A
, R
B
, R
O
lần lượt là bán kính của các ion A
2+
(A
3+
), B
4+
(B
3+

) và O
2-
. Cấu
trúc perovskite được coi là ổn định khi 0.8 < t < 1. Điều đó kéo theo các cation phải có
kích thước giới hạn: R
A
> 0.9 và R
B
> 0.5 (Å). Khi t = 1, ta có cấu trúc perovskite là
hình lập phương. Khi t ≠ 1, mạng tinh thể bị méo, góc liên kết B-O-B không còn là
180
0
nữa mà bị bẻ cong và độ dài liên kết B-O theo các phương khác nhau sẽ khác
nhau, cấu trúc tinh thể bị thay đổi. Điều này dẫn tới thay đổi các tính chất điện và từ
của vật liệu.
1.6. VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO
3

Tinh thể YFeO
3
có cấu trúc trực thoi hoặc lục giác (giống YAlO
3
) tùy thuộc
vào điều kiện tổng hợp nên nó. Mỗi tế bào đơn vị YFeO
3
chứa 4 ion sắt ở mỗi đỉnh
nhưng các trục của 4 ion sắt hơi nghiêng so với bát diện (hình 6). Các hiện tượng biến
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 13
dạng của perovskite chủ yếu là ở vị trí Y

3+
trong khí đó các ion Fe
3+
cơ bản vẫn được
giữ nguyên trong thể bát diện.



Các công trình nghiên cứu về
tổng hợp YFeO
3
cho thấy, yttrium
orthoferrit có thể được tổng hợp
bằng phản ứng pha rắn thông thường
từ oxit, hay nitrat của các kim loại
tương ứng. Tổng hợp YFeO
3
theo
phương pháp này gặp khá nhiều khó
khăn do sự hình thành pha Y
3
Fe
5
O
12
(yttrium-iron garnet) và Fe
3
O
4
. Phương pháp

Pechini – là phương pháp tương tự như phương pháp sol-gel, quá trình này lấy tên của
nhà phát minh người Mỹ Maggio Pechini, phương pháp tổng hợp bước sóng, phương
pháp hóa cơ học và phương pháp quy nạp plasma, phương pháp phân hủy nhiệt v.v…
Yttrium orthoferrit đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và các thiết bị
truyền động, nó có nhiệm vụ như bộ chuyển đổi quang và từ trường, ở đó những tinh
thể orthoferrit hoạt động như trong định luật cảm ứng điện từ của Faraday.
Hình 6. Tế bào đơn vị của YFeO
3
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 14
Chương 2. VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ SẮT,
YTTRIUM VÀ CADMIUM
2.1. SẮT

Nguyên tố, số thứ tự
Fe, 26
Cấu hình electron hóa trị
[Ar]3d
6
4s
2

Bán kính nguyên tử (A
0
)
1,26
Nhiệt nóng chảy (
0
C)
1536

Nhiệt độ sôi (
0
C)
2880
Nhiệt thăng hoa (kJ/mol)
418
Tỉ khối
7,91
Độ cứng (thang Moxơ)
4 – 5
Độ dẫn điện (Hg=1)
10

Sắt có màu trắng xám, dễ rèn và dễ dát mỏng. Trong tự nhiên tồn tại 4 đồng vị
bền
54
Fe,
56
Fe (91,68%),
57
Fe và
58
Fe. Chúng có tính sắt từ, bị nam châm hút và hút
nam châm, dưới tác dụng của dòng điện chúng trở thành nam châm. Từ tính của sắt đã
được phát hiện từ thời cổ xưa, cách đây hơn hai ngàn năm. Nguyên nhân của tính sắt
từ không phải chỉ là ở nguyên tử hay ion mà chủ yếu là ở mạng lưới tinh thể của chất.
Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:
α-Fe








β-Fe







γ-Fe








δ-Fe









Fe lỏng
Dạng α và β có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng cấu trúc
electron khác nhau nên α-Fe có tính sắt từ và β-Fe có tính thuận từ, α-Fe khác với β-Fe
là không hòa tan carbon, γ-Fe có cấu trúc lập phương tâm diện và có tính thuận từ, δ-
Fe có cấu trúc lập phương tâm khối như α-Fe nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy.
Sắt là kim loại được tách ra từ các mỏ quặng sắt và rất khó tìm thấy nó ở dạng
tự do. Để thu được sắt tự do, các tạp chất phải được loại bỏ bằng phương pháp khử hóa
học. Sắt được sử dụng trong sản xuất gang và thép, là vật liệu không thể thiếu trong
ngành giao thông và xây dựng.





Hình 7. Kim loại sắt
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 15
2.1.1. Sắt (III) oxit




Sắt (III) oxit là chất bột không tan trong nước, có màu nâu đỏ. Có các dạng đa
hình giống nhôm oxit: α-Fe
2
O
3
là tinh thể lục phương giống với corodum và tồn tại
trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật hematite, γ-Fe

2
O
3
là tinh thể lập phương giống
với γ-Al
2
O
3
, β-Fe
2
O
3
, ε-Fe
2
O
3
. Dạng α có tính thuận từ còn dạng γ có tính sắt từ.
α-Fe
2
O
3
được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng hematite.
Hematite có dạng hình thoi ở trung tâm và có cấu trúc lục giác giống như hình dạng
của những viên corodum (α-Al
2
O
3
), trong mạng lưới oxi ion sắt (III) chiếm 2/3 thể
tích bát diện.
Hematite là một trong những sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi nhiệt của các

hợp chất sắt (II) và sắt (III). Ngoài phương pháp xử lý nhiệt thì một loạt các phương
pháp khác để tổng hợp hematite đã được biết đến, chẳng hạn như phương pháp hóa
ướt. Hematite có thể được điều chế bằng cách thuỷ phân muối sắt trong môi trường
axít mạnh (pH=1÷2), ở nhiệt độ cao (100°C).
Bảng 1. Oxide-hydroxides và hydroxides
Hình 8. Dạng bột và mạng không gian của sắt (III) oxit
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 16
Hình 9. Cấu trúc của
ε
-
Fe
2
O
3


β-Fe
2
O
3
có từ tính không ổn định là một điểm riêng để phân biệt nó với các
dạng α, γ, ε, β-Fe
2
O
3
siêu bền với nhiệt và được chuyển đổi thành hematite ở nhiệt độ
khoảng 500°C.
γ-Fe
2

O
3
tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng maghemite. γ-Fe
2
O
3
không
bền với nhiệt và được chuyển thành hematite ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ và cơ chế
của sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào điều kiện thí nghiệm và đặc biệt là kích thước
của các hạt maghemite. Trong trường hợp cấu trúc hạt bé thì ε-Fe
2
O
3
là chất trung
gian trong sự chuyển đổi cấu trúc từ γ-Fe
2
O
3
 →
α-Fe
2
O
3
, cơ chế chuyển đổi thành
hematite phụ thuộc nhiều vào mức độ các hạt tích tụ. γ-Fe
2
O
3
(maghemite) đã thu hút
được nhiều sự nghiên cứu do nó có tính từ và được sử dụng làm chất xúc tác.

ε-Fe
2
O
3
có thể được xem là chất mới nhất trong hợp
chất sắt (III) oxit, cấu trúc của nó được biết đến vào năm
1988 bởi Tronc và các đồng nghiệp. ε-Fe
2
O
3
có hình
dạng trực thoi với 8 tế bào đơn vị (hình 9).
ε-Fe
2
O
3
được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel
hoặc đun nóng dung dịch kali ferricyanide với
hypochlorite natri và kali hydroxides, sau đó nung kết
tủa ở 400°C. Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ ε-Fe
2
O
3
→
α-Fe
2
O
3
nằm trong khoảng từ 500°C ÷ 750°C. Kích
thước của các hạt ε -Fe

2
O
3
được chuẩn bị theo những
phương pháp khác nhau là khoảng 30÷80 nm.
Fe
2
O
3
được hình thành trong quá trình nhiệt phân của FeO(OH) ở 170°C trong
chân không. Năm 1975, Howe và Gallagher nghiên cứu cơ chế mất nước và cấu trúc
của oxit sắt. Họ thấy rằng các oxit có cấu trúc khuyết tật đều có tất cả các đặc tính của
các hợp chất ban đầu. Bốn mô hình phân phối các anion chỗ trống trong mạng tinh thể
oxit đã được đưa ra. Sắt oxit có cấu trúc dạng ống thì được giữ lại trong quá trình mất
nước, ion sắt (III) có số phối trí là 4.
Theo Ayyub và các đồng nghiệp, một oxit sắt (III) vô định hình được hình
thành từ các hạt rất nhỏ, có đường kính nhỏ hơn 5 nm. Van Diepen và Popma thì cho
rằng trong Fe
2
O
3
vô định hình các ion sắt (III) được bao quanh bởi tám oxi có cấu trúc
bát diện trong mạng tinh thể. Ayyub cùng với các đồng nghiệp đã nêu được hai hiệu
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 17
ứng tỏa nhiệt dựa trên đường phân tích nhiệt DTA, hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất ở tại
290°C ông cho rằng đó là sự hình thành của γ-Fe
2
O
3

và hiệu ứng nhiệt thứ hai ở tại
400°C đó là sự chuyển dạng thù hình từ γ-Fe
2
O
3
sang α-Fe
2
O
3
. Khi tăng nhiệt độ
nung lên đến 600°C thì γ-Fe
2
O
3
và ε-Fe
2
O
3
đã không còn xuất hiện nữa, nhưng thay
vào đó là β-Fe
2
O
3
, cùng với sự tăng nhiệt độ thì β-Fe
2
O
3
cũng bị biến thành hematite.
Fe
3

O
4
có màu đen xám, là hỗn hợp của FeO và Fe
2
O
3
.Fe
3
O
4
(magnetite) (hình
10), là loại có từ tính mạnh nhất trong tất cả các khoáng vật có mặt trong tự nhiên.
Magnetite có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường hình
thành đá. Magnetite phản ứng với ôxi để tạo ra hematite và cặp khoáng vật hình thành
một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của oxi. Fe
3
O
4
là nguồn quặng sắt có giá
trị.
Magnetite có thể được điều chế trong phòng thí nghiệm ở dạng nước theo
phương pháp Massart bằng cách trộn sắt (II) clorua và sắt (III) clorua trong hydroxides
natri. Ngoài ra, magnetite cũng có thể điều chế bởi sự đồng kết tủa, hỗn hợp dung dịch
FeCl
3
.6H
2
O và FeCl
2
.4H

2
O (0,1 M) cho vào động cơ quay với tốc độ khoảng 2000
Hình 10. Màu sắc của sắt (III) oxit
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 18
vòng/phút. Tỷ lệ mol FeCl
3
: FeCl
2
có thể là 2 : 1, đun dung dịch này ở 70°C, và ngay
sau đó nâng tốc độ quay lên 7500 vòng/phút và thêm nhanh dung dịch NH
4
OH (10%
về thể tích), ngay lập tức sẽ hình thành kết tủa màu đen chứa các hạt magnetite kích
thước nano. Các hạt Fe
3
O
4
tạo thành có đường kính trung bình nhỏ hơn 10nm và dãi
kích thước phân bố hẹp. Các dạng huyền phù của magnetite có thể trực tiếp bị oxi hóa
trong không khí để tạo thành γ-Fe
2
O
3
.


Quá trình oxi hóa Fe
3
O

4
thành γ-Fe
2
O
3
được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ
pH của hydrosol của Fe
3
O
4
trong khoảng 3.5, các hydrosol được khuấy trong thời gian
30 phút ở 100°C. Dung dịch chuyển từ màu xanh đen sang màu nâu đỏ.
* Ứng dụng
Sắt (III) oxit không chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lược công nghiệp mà
nó còn là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tính đa hình và sự
thay đổi hình dạng trong các hạt nano. Bốn loại thù hình của Fe
2
O
3
có kích thước
nano đã được tổng hợp và nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây.
Các màu sắc tự nhiên cũng như tổng hợp được của Fe
2
O
3
như màu đỏ, nâu và
màu đen thì được sử dụng trong ngành sản xuất sơn, phụ gia và trong sản xuất kính
màu. Sắt (III) oxit còn được sử dụng làm chất xúc tác của nhiều phản ứng quan trọng
của ngành công nghiệp sản xuất hoá chất, nó là chất xúc tác của phản ứng khử
ethylbenzen để sản xuất styren. Chúng được chứng minh là chất xúc tác có hiệu quả

trong quá trình oxi hoá các hydrocarbon polyaromatic, xúc tác đốt nhiên liệu, than hoá
lỏng và pha hơi trong quá trình oxi hoá của axit benzoic.
Fe
2
O
3
cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferrite, ngoài ra nó còn được sử
dụng trong công nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ
phương tiện truyền thông.
Oxit sắt là thành phần quan trọng nhất của một số quặng dùng để sản xuất sắt
và thép. Mặt khác khi nhiệt độ cao sự ăn mòn sắt thép cũng liên quan đến một số giai
đoạn trong việc hình thành oxit sắt. Chúng luôn được hình thành trên bề mặt của sắt
thép và đôi khi nó cũng là nguyên nhân gây ra những vấn đề nghiêm trọng trong quy
trình chế tạo. Các oxit sắt cũng có thể được kết hợp xen vào hợp chất như là một chất
bán dẫn để từ đó ta sẽ thấy được khả năng xúc tác tuyệt vời của oxit sắt.
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 19
Do các oxit sắt cứng nên chúng được sử dụng để làm tác nhân mài mòn và đánh
bóng. Hematite khi được nung nóng nhẹ được dùng làm để đánh bóng vàng và bạc,
trong khi đó hematite nung ở nhiệt độ cao hơn thì lại được dùng để đánh bóng những
vật bằng đồng và thép. Fe
2
O
3
đã được sử dụng như lớp phủ mật độ cao cho đường ống
dẫn dầu bằng bê tông dưới đáy biển để mang dầu và khí đốt vào bờ. Lớp sơn phủ này
nhằm ổn định các đường ống dẫn dầu dưới đáy biển và bảo vệ đường ống chống lại
những tác hại vật lý ở những vùng nước nông.
Tính điện, từ và quang học của các hạt nano siêu thuận từ có tầm quan trọng
trong nhiều ngành công nghiệp ứng dụng bao gồm cả việc phát triển mới các thiết bị

điện và thiết bị quang học. Lợi thế của việc sử dụng các hạt Fe
2
O
3
kích thước nano là
do chúng có tính ổn định hoá học.
2.1.2. Sắt (III) hydroxides
Được tạo ra do tác dụng của base với muối sắt (III). Sản phẩm có màu đỏ gỉ, nâu
đỏ hay màu ánh tím, được sử dụng làm bột màu, ngoài ra nó được sử dụng ở trạng thái
tinh khiết để làm thuốc giải độc asen.
Fe(OH)
3
không tan trong nước và có tính lưỡng tính yếu: tan dễ trong dung dịch
axit và tan được trong dung dịch kiềm đặc nóng hoặc Na
2
CO
3
hay K
2
CO
3
nóng chảy.
Các kết tủa hydroxides được biết là có hệ số lọc thấp và do đó khó rửa các ion tự
do của tạp chất. Các đặc điểm của kết tủa hydroxides phụ thuộc chủ yếu vào pH và
nhiệt độ tạo thành kết tủa.
Hydroxides sắt (III) có công thức Fe(OH)
3
.nH
2
O. Kết quả XRD cho ta thấy

chúng có cấu trúc hình lập phương với cạnh bằng 0.7568 nm. Số hiệu nguyên tử trong
một tế bào đơn vị là 8.
2.2. YTTRIUM
Nguyên tố, số thứ tự
Y, 39
Nhiệt nóng chảy (
0
C)
1525
Nhiệt độ sôi (
0
C)
3025
Phương pháp điều chế
Nhiệt canxi YF
3

Cấu trúc tinh thể
- Gói ghém chặt khít kiểu lập
phương (t
0
<1480
0
C)
- Lập phương tâm khối (t
0
>1480
0
C)
Tỉ trọng g/cm

3
4,47
E
0
(M
3+
/M), V
-2,37
2.2.1. Yttrium
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 20
Là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Y và số nguyên tử 39. Là một kim loại
chuyển tiếp màu trắng bạc, yttrium khá phổ biến trong các khoáng vật đất hiếm và hai
trong số các hợp chất của nó được sử dụng
làm lân quang màu đỏ trong các ống tia âm
cực, chẳng hạn trong các ống dùng cho
truyền hình. Nguyên tố này thông thường
không tìm thấy trong cơ thể người và không
đóng một vai trò sinh học nào đó.
Yttrium tương đối ổn định trong không
khí, trông khá giống scandi ở bề ngoài và
về tính chất hóa học thì tương tự như các
nguyên tố nhóm Lantan, khi bị phơi ra ngoài ánh sáng có ánh hơi hồng. Các mảnh vụn
hay phoi bào của kim loại này có thể bắt cháy trong không khí khi nhiệt độ cao trên
400°C. Khi yttrium bị chia cắt mịn thì nó rất không ổn định trong không khí. Kim loại
này có tiết diện nơtron thấp để bắt giữ hạt nhân. Trạng thái oxi hoá phổ biến nhất của
yttrium là +3.
2.2.2. Oxit yttrium
Y
2

O
3
là chất rắn màu trắng và ổn định trong không khí.
Nó được sử dụng như là một nguyên liệu đầu vào phổ biến cho
các ngành khoa học vật liệu cũng như trong tổng hợp vô cơ.

Oxit yttrium là hợp chất quan trọng nhất và được sử
dụng rộng rãi để tạo ra các chất lân quang YVO
4
.
Oxit yttrium dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttrium sắt làm các bộ lọc vi
sóng hiệu suất cao.
Được dùng làm chất xúc tác cho quá trình polyme hóa etylen. Ngọc hồng lựu
yttrium nhôm, Y
2
O
3
, florua yttrium liti, vanadat yttrium được dùng trong tổ hợp với
các tác nhân kích thích (dopant) như terbi, ytterbi trong các laze cận-hồng ngoại, Nó
được sử dụng tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu suất cao.
Hình 11. Yttrium
Hình12. Y
2
O
3
dạng bột
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 21
Hình 13. Ảnh TEM của Y
2

O
3

Nó được dùng để khử oxi cho
vanadi hay các kim loại phi sắt khác.
Oxit yttrium được dùng như là phụ gia
kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp.
Được sử dụng làm đèn huỳnh quang
trong các loại kính hiển vi điện tử
truyền, là chất phụ gia trong sơn, nhựa,
nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng
màu đỏ trong các loại đèn huỳnh
quang.
Các hợp chất chứa nguyên tố
này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên
hết sức cẩn thận do chúng có độc tính
cao. Các muối của yttrium có thể có
khả năng gây ung thư.
2.3. CADMIUM

Nguyên tố, số thứ tự
Cd, 48
Cấu hình electron hóa trị
[Kr]4d
10
5s
2

Bán kính nguyên tử (A
0

)
1,56
Nhiệt nóng chảy (
0
C)
321
Nhiệt độ sôi (
0
C)
767
Nhiệt thăng hoa (kJ/mol)
112
Tỉ khối
8,63
Độ dẫn điện
13

2.3.1. Cadmium
Cadmium đã được phát hiện vào năm 1817 bởi nhà khoa học người Đức
Stromaye (F.Stromeyer 1778-1835). Khi điều chế ZnO bằng cách nhiệt phân ZnCO
3
,
ông ngạc nhiên khi nhận thấy màu vàng của kẽm oxit nóng thu được không biến mất
khi để nguội. Khi hòa tan oxit đó vào axit rồi sục khí H
2
S qua dung dịch, ông thấy
xuất hiện kết tủa vàng. Đó là sunfua của một kim loại mới. Ông đặt tên nguyên tố là
cadmium (Cd) xuất phát từ tiếng Latinh là tên gọi quặng kẽm thời bấy giờ.
Cadmium là kim loại mềm, dễ nóng chảy, màu trắng bạc, nhưng ở trong không
khí ẩm chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Cadmium có 8 đồng

Hình 14. Cadmium kim loại
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 22
vị bền, trong đó
114
Cd chiếm 28% và
112
Cd chiếm 24,2%. Đặc biệt đồng vị bền
113
Cd
có tiết diện bắt nơtron rất lớn nên cadmium kim loại được dùng làm thanh chỉnh dòng
nơtron trong lò phản ứng nguyên tử.
Hợp kim của Cd có đặc điểm là mềm nên là vật liệu không thay thế được để chế
các ổ trục. Cadmium chiếm đến 12,5% hợp kim dễ nóng chảy (75
0
C) gọi là hợp kim U
đỏ.
Bền ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao, chúng
cháy mãnh liệt thành oxit. Cadmium cháy cho ngọn lửa màu sẫm.
Trong tự nhiên, Cd kém phổ biến hơn nguyên tố Zn ở cùng nhóm, trữ lượng
trong vỏ Trái Đất là 7,6.10
-6
. Khoáng chính có Cd là grenokit (CdS), khoáng vật này
hiếm khi ở riêng mà thường lẫn với khoáng vật của kẽm và thủy ngân. Trạng thái oxi
hóa phổ biến nhất của cadmium là +2, nhưng có thể tìm thấy các hợp chất mà nó có
hóa trị +1.
Cadmium là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi cho cơ thể con người.
Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí
chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ
sinh thái. Một trong những lý do có khả năng nhất cho độc tính của chúng là chúng

can thiệp vào các phản ứng của các enzime chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan
trọng trong các hệ sinh học, nhưng cadmium, mặc dù rất giống với kẽm về phương
diện hóa học, nói chung dường như không thể thay thể cho kẽm trong các vai trò sinh
học đó. Cadmium cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có
chứa magiê và canxi theo cách thức tương tự.
Khi làm việc với cadmium một điều quan trọng là phải sử dụng tủ chống
khói trong các phòng thí nghiệm để bảo vệ chống lại các khói nguy hiểm. Khi sử dụng
các que hàn bạc (có chứa cadmium) cần phải rất cẩn thận. Các vấn đề ngộ độc nghiêm
trọng có thể sinh ra từ phơi nhiễm lâu dài cadmium từ các bể mạ điện bằng cadmium.
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc
SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo 23
2.3.2. Cadmium oxit


Trong tự nhiên, CdO tồn tại dưới dạng khoáng monteponit. Là chất khó nóng
chảy (t
0
nc
= 1813
0
C) , có thể thăng hoa không phân hủy khi nung nóng, hơi rất độc.
Có các màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc quá trình chế biến hóa
nhiệt.
Có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại hoặc nhiệt phân hydroxides hay các
muối cacbonat, nitrat.
Cd(OH)
2
 












CdO + H
2
O
Hình 15. CdO dạng bột