Nghiên cứu khả năng thế nguyên tử Clo trong phân tử hexaclobenzen bằng phần mềm tính toán lượng tử Gaussian 09

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HOÁ HỌC
====

VŨ THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG
THẾ NGUYÊN TỬ CLO TRONG PHÂN TỬ
HEXACLOBENZEN BẰNG PHẦN MỀM
TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ GAUSSIAN 09
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hoá lý
Người hướng dẫn khoa học

TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN

HÀ NỘI-2017


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn chân thành, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
tới thầy giáo TS. Nguyễn Thế Duyến đã định hướng, hướng dẫn và tạo điều
kiện giúp đỡ em tận tình trong quá trình nghiên cứu, học tập để em hoàn thành
được khóa luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2,
Ban Chủ nhiệm và các thầy cô trong khoa Hóa học đã hết lòng quan tâm giúp
đỡ em trong suốt thời gian 4 năm học tập.
Trong quá trình thực hiện khóa luận, em không tránh khỏi những thiếu
sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn
thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày…tháng…năm 2017
Sinh viên

Vũ Thị Việt Hà


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu khả năng thế nguyên tử Clo
trong phân tử hexaclobenzen bằng phần mềm tính toán lượng tử Gaussian
09” là kết quả mà tôi trực tiếp nghiên cứu, tìm hiểu được. Trong quá trình
nghiên cứu tôi có sử dụng tài liệu của một số nhà nghiên cứu, một số tác giả.
Tuy nhiên, đó chỉ là cơ sở để tôi rút ra được những vấn đề cần tìm hiểu ở đề tài
của mình. Đây là kết quả của riêng cá nhân tôi, hoàn toàn không trùng với kết
quả của các tác giả khác.
Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày… tháng…năm 2017
Sinh viên

Vũ Thị Việt Hà


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 3

1.1. Giới thiệu về phần mềm lượng tử ............................................................ 3
1.1.1. Phần mềm Gaussview 5.0..................................................................... 3
1.1.2. Phần mềm Gaussian 09 ........................................................................ 5
1.2. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP ....................................................... 6
1.2.1. Khái niệm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP ............................. 6
1.2.2. Một số hợp chất POP tiêu biểu ............................................................. 7
1.2.3. Đặc điểm hóa học của POP ................................................................ 10
1.2.4. Tình trạng ô nhiễm ............................................................................. 11
1.2.5. Tác hại của ô nhiễm POP ................................................................... 11
1.2.5.1. Ảnh hưởng đến môi trường đất ........................................................ 11
1.2.5.2. Ảnh hưởng đến môi trường nước ..................................................... 12
1.2.5.3. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người ................................................. 12
1.2.6. Phương pháp phân hủy POP ............................................................... 13
1.2.6.1. Phương pháp hóa lý ......................................................................... 12
1.2.6.2. Phương pháp hóa học ...................................................................... 13
1.2.6.3. Phương pháp sinh học ..................................................................... 13
1.2.6.4. Phương pháp rửa đất ....................................................................... 13


1.3. Đặc điểm cấu trúc và tính chất lý hóa của hexaclobenzen (HCB) ........ 14
1.3.1. Cấu trúc của hexaclobenzen (HCB) ................................................... 14
1.3.2. Tính chất lý hóa của hexaclobenzen................................................... 14
1.3.3. Ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người của
hexaclobenzen ....................................................................................... 15
CHƯƠNG 2. THỰCNGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 16
2.1. Phương pháp thiết kế phân tử bằng phần mềm Gaussview 5.0 ............... 16
2.2. Phương pháp tính toán phân tử bằng phân mềm lượng tử Gaussian 09.......... 17
2.2.1.Khởi động chương trình ......................................................................... 17
2.2.2. Cách nạp hoặc nhập dữ liệu ................................................................ 17
2.2.3. Thực hiện việc tính toán ..................................................................... 18

2.2.4. Xem xét và diễn giải dữ liệu xuất....................................................... 20
2.3. Giá trị tính từ tích hợp hai phần mềm Gaussian 09, Gaussview 5.0........ 20
2.4. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học - Định luật Hess ............................ 21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 23
3.1. Kết quả tính toán nhiệt hình thành của phản ứng .................................... 23
3.2. Khả năng thế nguyên tử Cl bằng H .......................................................... 25
3.2.1. Cấu hình không gian – liên quan đến khả năng xảy ra phản ứng ......... 25
3.2.2. Nghiên cứu sự biến đổi điện tích cho quá trình tách clo ...................... 32
KẾT LUẬN .................................................................................................... 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 39


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tên Tiếng việt

Tên Tiếng anh

BVTV

Bảo vệ thực vật

HCB

Hexaclobenzen

Hexachlorobenzene

POP

Hợp chất hữu cơ khó

Persistent Organic

phân hủy

Pollutant

Diclo Diphenyl

Dichloro Diphenyl

Tricloetan

Trichloroetthane

Etylen Diamin

Ethyllene Diamine

Tetraaxetic

Tetraacetic Acid

Polyclorine Biphenyl

Polychlorinated

DDT

EDTA

PCB

Biphenyl
DT

Thời gian bán phân hủy

BCD

Công nghệ khử clo xúc

Based Catalyzed

tác bazơ

Decomposition

H

Hiệu ứng nhiệt của
phản ứng

∑ (∆Hs.n)cuối

Tổng sinh nhiệt của các
sản phẩm

∑(∆Hs.n)đầu

Tổng sinh nhiệt của các
chất tham gia phản ứng


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussview 5.0. .......................... 4
Bảng 1.2. Các chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP tìm thấy ở VN .. 7
Bảng 2.1. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussian 09 ............................... 17
Bảng 2.2. Các mục trong đơn lệnh Process .................................................... 18
Bảng 3.1. Kết quả tính toán đối với các phân tử C6H6 và C6Cl6-xHx (x là số
nguyên tử clo được thay thế bằng nguyên tử H) ............................................. 22
Bảng 3.2. Sự phân bố điện tích của các nguyên tử trong phân tử C6Cl6 và các
sản phẩm thế Hidro tương ứng ........................................................................ 32


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Giao diện làm việc của phần mềm Gaussview 5.0......................... 3
Hình 1.2. Cửa sổ chính của chương trình Gaussian 09 .................................. 6
Hình 2.1. Biểu tượng Gaussian 09 ................................................................. 16
Hình 2.2. Cửa sổ soạn thảo (Existing File Job Edit) ...................................... 16
Hình 3.1. Sự biến đổi của ∆H khi thay thế từng nguyên tử Clo trong phân
tử C6Cl6............................................................................................................23
Hình 3.2. Sơ đồ quá trình ưu tiên thế nguyên tử Cl bằng H........................... 31


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay hóa học lượng tử đã trở thành một trong những công cụ đắc
lực trong việc khảo sát các quá trình hóa học. Hóa lượng tử có thể thực hiện
được một số nghiên cứu mà thực nghiệm khó có thể thực hiện như nghiên cứu
trạng thái chuyển tiếp, các hợp chất trung gian, ion, gốc tự do... có thời gian tồn
tại tương đối ngắn. Hóa lượng tử còn cung cấp thông tin về nhiệt động và động
học của phản ứng như: ∆G, ∆H, ∆S, hằng số tốc độ, đường phản ứng, cơ chế
phản ứng.
Trong những thập niên cuối thế kỷ 20, sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học kỹ thuật máy tính đã thúc đẩy ngành hóa học lượng tử phát triển đa dạng
và nhanh chóng. Nhiều vấn đề về phản ứng hóa học có thể dự đoán trước khi
tiến hành thực nghiệm. Bằng các ứng dụng cài đặt trên máy tính có tốc độ xử
lý cao người ta thực hiện các bài toán hóa học lượng tử lớn dùng để khảo sát
phần lớn các vấn đề hóa học, miễn là chọn được phương pháp thích hợp. Hiện
nay đã có nhiều phần mềm tính hóa học lượng tử ra đời như: Mopac,
Hyperchem, Gausian 09….
Và như chúng ta đã biết, hiện nay, ở Việt Nam cũng như các nước trên
thế giới tình trạng ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật xảy ra trên diện rộng do lượng
dư thuốc bảo vệ thực vật sau khi sử dụng vẫn còn tồn dư ngấm sâu vào đất, di
chuyển sang nguồn nước và phát tán ra môi trường xung quanh. Đặc biệt là loại
khó phân hủy (Persistent Organnic Pollutant - POP), có tác hại cực kì nguy
hiểm, nó không những gây ra bệnh ung thư mà có thể tạo ra biến đổi gen di
truyền gây dị tật bẩm sinh cho thế hệ sau, tương tự như dioxin - chất độc màu
da cam mà quân đội Mỹ đã sử dụng trong chiến tranh ở nước ta.

1


Với mong muốn hiểu sâu hơn về hóa học lượng tử, hiểu thêm về các phần
mềm hóa học cũng như áp dụng nó để góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm
thuốc bảo vệ thực vật dạng POP, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài :

“Nghiên cứu khả năng thế nguyên tử clo trong phân tử hexaclobenzen
bằng phần mềm tính toán lượng tử Gaussian 09”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Bằng phần mềm tính toán lượng tử Gaussian 09 xác định khả năng thế
nguyên tử clo trong phân tử hexaclobenzen.
3. Nội dung nghiên cứu
-

Xác định nhiệt hình thành cho các phân tử C6Cl6 và các sản phẩm thế H.

-

Xác định mật độ điện tích của các nguyên tử trong phân tử.

-

Xác định sơ đồ ưu tiên thế nguyên tử Cl.

4. Phương pháp nghiên cứu
-

Tính toán lượng tử cho phân tử C6Cl6: Được tính toán tích hợp trên 2

phần mềm lượng tử Gaussian 09; Gaussview 5.0.
-

Phân tử được xây dựng trên phần mềm lượng tử Gaussview 5.0 và

được tính toán trên phần mềm Gaussian 09.
-

Phương pháp tính toán: Sử dụng phương pháp HF với bộ hàm được sử

dụng là 3-21g.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-

Ứng dụng để nghiên cứu quá trình khử hợp chất hữu cơ độc hại với

môi trường.
-

Định hướng phương hướng phân hủy hợp chất POP.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về phần mềm lượng tử [2, 3, 18, 15]
1.1.1. Phần mềm Gaussview 5.0 [14]
GaussView 5.0 là giao diện đồ họa tiên tiến và mạnh mẽ nhất hiện có
cho Gaussian 09. Với GaussView 5.0, bạn có thể nhập hoặc xây dựng cấu trúc
phân tử mà bạn quan tâm, thiết lập, khởi chạy, giám sát và kiểm soát tính toán
Gaussian 09, lấy ra và xem kết quả, tất cả mà không cần phải rời ứng dụng.
GaussView 5.0 bao gồm nhiều tính năng mới được thiết kế để làm việc với các
hệ thống quan tâm hóa học lớn tiện lợi và dễ hiểu. Nó cũng cung cấp sự hỗ trợ
đầy đủ cho tất cả các phương pháp lập mô hình mới và các tính năng trong
Gaussian 09.
Trên thanh công cụ của phần mềm bao gồm: tệp (FILE), soạn thảo

(EDIT), VIEW có xây dựng (BUILDER), Tính toán (CALCULATE), các kết
quả (RESULTS), cửa sổ(WINDOW),trợ giúp (HELP). Trong những chức
năng này quan trọng nhất là FILE,BUILDER.

Hình 1.1.Giao diện làm việc của phần mềm Gaussview 5.0.

3


Bảng dưới đây liệt kê một số biểu tượng sẵn có và các mục trình đơn
cùng với các chức năng của chúng trong phần mềm Gaussview 5.0:
Bảng 1.1. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussview 5.0.
Biểu
tượng

Tên
New

Đường dẫn

Chức năng

menu
FileNew

Tạo một nhóm phân tử mới (một

Create

thành viên) như một cửa sổ Xem

Molecule

trống.

Group
Open

File Open

Mở tệp được hỗ trợ bởi GaussView.

FileRecent

Danh sách các tệp đã mở gần đây để

Files

dễ dàng truy cập.

Ring

Bảng các phân tử có cấu trúc vòng.

Fragment
Element

Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên

Fragment

tố hóa học và các liên kết của từng
nguyên tố.

R-Group

Bảng các nhóm chức trong hóa học.

Fragment
Biological

Bảng các axit amin và nucleotit.

Fragment
Truy cập thư viện tùy chỉnh.

Custom
Fragment
Add

Thêm một hydro bổ sung vào nguyên
tử đã chọn.

Valence

4


Invert

Đảo ngược cấu trúc phân tử về một

About

nguyên tử đã chọn.

Atom
1.1.2. Phần mềm Gaussian 09 [11]
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phần mềm cho phép giải các bài toán
lượng tử bằng phương pháp gần đúng như MOPAC, GAUSSIAN,
HYPERCHEM… Các phần mềm này sử dụng các phương pháp bán kinh
nghiệm và không kinh nghiệm, cho phép khảo sát phân tử ở trạng thái hơi, trạng
thái dung dịch.
Phần mềm lượng tử Gaussian 09 là một trong những phần mềm thông
dụng hiện nay là một chương trình ứng dụng rộng rãi vì có độ chính xác cao,
có thể đáp ứng yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực thiết kế phân tử với nhiều tính
năng như: xác định cấu trúc, tối thiểu hóa năng lượng, tính toán tham số lượng
tử, trình bày cấu trúc ba chiều. Có thể nói phần mềm lượng tử Gaussian 09 là
phần mềm chuyên dụng trong hóa tính toán (ứng dụng tin học trong hóa học)
hiện nay.
Trên thanh công cụ của phần mềm: tệp (FILE), quá trình (PROCESS),
tiện ích (UTILITIES), các kết quả (VIEW),trợ giúp (HELP). Trong những chức
năng này quan trọng nhất là FILE.
Các mục trong cửa sổ chính (hình 1.2):
- Menu bar (thanh đơn lệnh)
- Job control icons (các biểu tượng kiểm soát phép tính)
- Job progress display (trình bày quá trình tính toán)
- Gaussian output area (vùng dữ liệu xuất)
- Editing icons (biểu tượng soạn thảo)
- Status line (dòng trạng thái)

- Out put filename (tập tin xuất)

5


- Chúng ta sẽ xem xét lần lượt các mục trên.
Để thực hiện việc tính toán cần cung cấp các dữ liệu cần thiết cho chương
trình. Đơn lệnh File được dùng để tạo một tập tin nhập mới hoặc để sửa đổi
một tập tin đã có.
Đơn lệnh File gồm các lệnh:
- New: Tạo tập tin nhập mới và mở cửa sổ Job Entry.
- Open: Nạp một tập tin nhập đã có hoặc chuyển đổi một cấu trúc phân tử.
- Modify: Biên tập tập tin nhập hiện đang được nạp.
- Preferences: Dùng chỉ rõ các sắp xếp mặc định.
- Exit: Thoát khỏi Gaussian.

Hình 1.2. Cửa sổ chính của chương trình.
1.2. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP [5, 9, 13]
1.2.1. Khái niệm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP
Các hợp chất khó phân hủy - POP (Persistent Organnic Pollutant) là các
hợp chất hữu cơ biến đổi theo từng bậc chịu tác động của ánh sáng, hóa học và
sinh học. POP thường là các hợp chất của benzen và có đặc điểm ít tan trong
nước và hòa tan trong dung môi hữu cơ rất cao, thường tích tụ trong các mô mỡ

6


động vật, có thể bay hơi và có khả năng phát tán rất xa trong không khí trước
khi xảy ra lắng đọng.
1.2.2. Một số hợp chất POP tiêu biểu

Thống kê cho thấy nước ta có tới 13 chất thuộc loại nhóm hữu cơ khó
phân hủy POP, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con
người.
Chlordane - được sử dụng rộng rãi để diệt mối và là thuốc trừ sâu diện
rộng trong nông nghiệp.
DDT - chất POP được biết đến nhiều nhất, được sử dụng rộng rãi trong
chiến tranh thế giới thứ II để bảo vệ binh lính và người dân khỏi sốt rét, sốt phát
ban và nhiều bệnh dịch khác lây truyền bởi côn trùng. Chất này liên tục được
dùng để chống muỗi tại một số nước nhằm hạn chế sốt rét.
Dieldrin- được sử dụng chủ yếu để diệt mối và các loại sâu hại vải, kiểm
soát các bệnh dịch lây lan do côn trùng và diệt các loại côn trùng sống trong
đất nông nghiệp.
Dioxin - hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy không
hoàn toàn, cũng như trong quá trính sản xuất một số loại thuốc trừ sâu và các
hóa chất khác. Ngoài ra, một số loại tái chế kim loại, nghiền và tẩy trắng giấy
cũng có thể sản sinh ra dioxin. Dioxin còn có trong khí thải động cơ, khói thuốc
lá và khói than gỗ.
Endrin - đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun trên
những cánh đồng bông và ngũ cốc. Chất này còn được sử dụng để diệt các loại
chuột nhà, chuột đồng….
Furan - các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá trình
phát thải đioxin, đồng thời có trong các hợp chất PCB dành cho thương mại.

7


Heptachlor - được dùng chủ yếu để diệt các loại côn trùng và mối trong
đất, đồng thời còn được dùng để loại các loài côn trùng hại bông, châu chấu,
các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyễn bệnh sốt rét.

8


Bảng 1.2.Các chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP tìm thấy ở VN.
STT

Tên chất

1

Thuốc diệt

Công thức

STT

Tên chất

8

Hexachloro-

Công thức
Cl
Cl

Cl

cỏ 2,4D

benzene
Cl

Cl
Cl

2

Aldrin

9

Mirex

3

Chlordane

10

Polychlorinated
biphenyls-PCBs

4

DDT

11

Polychlorinated

dibenzo-pdioxins

5

Dieldrin

12

Toxaphene

6

Endrin

13

Polychlorinated
dibenzo furans

7

Heptachlor

9


Hexachlorobenzen (HCB) - được sử dụng để diệt nấm hại cây lương
thực. Đây cũng là một phụ phẩm trong việc sản xuất một số một số loại hóa
chất nhất định và là kết quả của quá trình phát thải ra đioxin và furan.
Mirex - một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa, các loại

kiến và mối khác. Mirex còn được dùng làm chất chậm lửa trong trong chất
dẻo, cao su và đồ điện.
Polychlorinated Biphenyl (PCB) - hợp chất này được dùng trong công
nghiệp làm chất lưu chuyển nhiệt, trong các máy biến thế điện và tụ điện, làm
chất phụ gia trong sơn, giấy copy không cacbon, chất bịt kín và chất dẻo.
Toxaphene - còn được gọi là camphechlor, một loại thuốc trừ sâu dùng
trong ngành trồng bông, ngũ cốc, hoa quả, hạt và rau xanh. Chất này còn được
dùng để diệt các loại ve, chất kí sinh vật nuôi.
1.2.3. Đặc điểm hóa học của POP
POP, theo định nghĩa, các hợp chất hữu cơ bền có khả năng phân hủy
sinh học, quang học hoặc bằng hóa chất. POP thường là các dẫn xuất halogen,
nhất là dẫn xuất clo. Các liên kết cacbon - clo rất bền và ổn định đối với thủy
phân phân hủy sinh học và quang hóa. Dẫn xuất clo - nhân thơm (benzen) còn
bền và ổn định hơn.
Các chất POP có độ tan trong nước rất thấp, độ hòa tan trong dầu mỡ
cao, dẫn đến xu hướng của nó để vượt qua dễ dàng màng sinh học thấm vào
tế bào, tích lũy trong mỡ.
Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy thường là hợp chất dễ bay hơi,
phát tán vào không khí, có thể được phân tán xa nguồn ô nhiễm trên một khoảng
cách lớn trong khí quyển. Bay hơi có thể xảy ra từ bề mặt lá cây và đất sau khi
áp dụng các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy được sử dụng làm thuốc trừ
sâu.

10


Do độ bền hóa cao nên POP có khả năng chống lại các quá trình phân
hủy hóa - lý - sinh, do đó tế bào hay cơ thể nhiễm POP rất khó bài tiết những
chất gây ô nhiễm nay do đó có xu hướng tích lũy trong các sinh vật.
1.2.4. Tình trạng ô nhiễm

Thuốc BVTV dạng POP bắt đầu sử dụng ở miền bắc vào những năm
1955 và cho đến nay việc sử dụng thuốc BVTV ở nước ta tăng nhanh. Theo cục
BVTV, trong giai đoạn 1981-1986, lượng thuốc sử dụng là 6,5-9 nghìn tấn
thương phẩm, tăng lên 20-30 nghìn tấn trong giai đoạn 1991-2000 và từ 3675,8 nghìn tấn trong giai đoạn 2001-2010. Lượng hoạt chất tính theo đầu diện
tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3 kg (1981-1986) và lên 1,24-2,54 (20012010). Chính việc sử dụng thuốc BVTV tăng nhanh là nguyên nhân gây nên ô
nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường đất ở nước ta. Theo thống kê, hiện
nước ta có khoảng trên 1153 khu vực ô nhiễm nặng thuốc BVTV dạng POP.
Như vậy tình trạng đất ô nhiễm thuốc BVTV nói chung và thuốc BVTV
khó phân hủy nói riêng ngày càng là một vấn đề cấp bách ở nước ta. Nó ảnh
hưởng và tác động nghiêm trọng đến việc sản xuất nông nghiệp cũng như môi
trường và sức khỏe con người.
1.2.5. Tác hại của ô nhiễm POP
1.2.5.1. Ảnh hưởng đến môi trường đất
Đất là nơi tập trung nhiều dư lượng thuốc BVTV. Đất nhận thuốc BVTV
từ các nguồn khác nhau. Tồn dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất đã để lại
các tác hại đáng kể trong môi trường như làm ảnh hưởng tới các sinh vật trong
đất, làm đất trở nên trai cứng đi sau nhiều năm đất sẽ trở thành đất trơ và khó
canh tác. Thuốc BVTV đi vào trong đất do các nguồn : phun xử lý đất, các hạt
thuốc BVTV rơi vào đất,ngoài ra còn một số thuốc rải trực tiếp vào đất. Theo
kết quả nghiên cứu thì phun thuốc cho cây trồng có tới 50% số thuốc rơi xuống
đất.Khi vào trong đất một phần thuốc trong đất sẽ được cây hấp thụ, phần còn

11


lại đất được keo đất giữ lại, thuốc tồn tại trong đất dần dần được phân giải qua
hoạt động sinh học của đất và qua các tác động của yếu tố lý hóa. Tuy nhiên,
tốc độ phân giải chậm nếu thuốc tồn tại trong môi trường đất với lượng lớn,
nhất là trong đất có hoạt tính sinh học kém.
Thời gian tồn tại của thuốc trong đất dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều

yếu tố môi trường. Tuy nhiên, một chỉ tiêu thường dùng để đánh giá khả năng
tồn tại trong đất của thuốc là: “Thời gian bán phân hủy”, tính từ khi thuốc được
đưa vào đất cho tới khi một nửa lượng thuốc bị phân hủy và được biểu thị bằng
DT50, người ta còn dùng các trị số DT75, DT90 là thời gian để 75% và 90%
lượng thuốc bị phân hủy trong đất.
Các hợp chất hữu cơ có thời gian bán phân hủy dài nhất trong các loại
thuốc trừ sâu hữu cơ tổng hợp thông dụng (DDT có thể tồn tại gần 3 năm).
Lượng thuốc BVTV, đặc biệt là nhóm clo tồn tại quá lớn trong đất mà lại khó
phân hủy nên chúng có thể tồn tại trong đất gây hại cho thực vật trong nhiều
năm. Sau một khoảng thời gian nó sinh ra một hợp chất mới, thường có tính
độc cao hơn bản thân nó.
1.2.5.2. Ảnh hưởng đến môi trường nước
Thuốc BVTV tan trong nước có thể tồn tại bền vững và duy trì được đặc
tính hóa lý của chúng. Các kết quả điều tra cho thấy rối loạn hệ miễn dịch do ô
nhiễm tích lỹ thuốc BVTV POP là một nguyên nhân chính làm tăng tỷ lệ tỷ
vong nhiều loài động vật biển và cũng đã chững minh rằng chế độ ăn uống
nhiễm POP có thể dẫn đễn thiếu hụt vitamin,biến dạng tuyến giáp, làm cho cơ
thể mẫn cảm với các vi sinh vật và đặc biệt dẫn tới rối loạn sinh sản. Nhiều loài
động vật có vú sống ở biển đã nhiễm POP như cá heo, cá heo mũi chai và cá
voi đã có biểu hiện suy giảm sinh học.
1.2.5.3. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

12


Tác động của nhiễm độc POP có thể bao gồm rối loạn chức năng miễn
dịch, thần kinh, dị thường sinh sản, rối loạn hành vi, hàng loạt các loại bệnh về
tiêu hóa khác và cuối cùng là gây ung thư, sinh con dị dạng, thiểu năng trí tuệ,
trầm cảm….
Nhiều bằng chứng khoa học chứng minh rằng trẻ em có chế độ ăn uống

nhiều clo hữu cơ có thể nhiễm độc cao hơn khoảng 10-15 lần so với trẻ em tiêu
thụ clo hữu cơ thấp. Sự phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm
với POP và dễ bị tổn thương do tiếp xúc với các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân
hủy.
1.2.6. Phương pháp phân hủy POP
1.2.6.1. Phương pháp hóa lý
- Phương pháp sử dụng xúc tác: Sử dụng công nghệ BCD (là công nghệ
khử clo xúc tác bazơ) xử lý các chất thải rắn và lỏng với sự có mặt của các chất
phản ứng và xúc tác chuyên dụng.
- Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng: Kim loại kiềm phản ứng với
clo trong chất thải halogen để tạo muối và chất thải không chứa halogen.
- Phương pháp sử dụng các hợp chất nano: Khử POP bằng bột sắt nano,
được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.
- Hấp thu POP: Sử dụng than hoạt tính và hỗn hợp bột polyanilin dẫn
điện được biến tính để hấp thu các hợp chất POP.
1.2.6.2. Phương pháp hóa học
- Phương pháp đốt xúc tác: Đây là phương pháp vô cơ hóa chuyển clo
hữu cơ thành CO2, H2O và Cl-.
- Phương pháp chôn lấp và cô lập có sử dụng hợp chất nano.
1.2.6.3. Phương pháp sinh học
- Kích thích sinh học là quá trình thúc đẩy sự phát triển và hoạt động
trao đổi chất của tập đoàn vi sinh bản địa có khả năng sử dụng các chất độc hại

13


thông qua việc thay đổi các yếu tố môi trường như : pH, độ ẩm, nồng độ oxi,
chất dinh dưỡng,….
- Làm giàu sinh học sử dụng tập đoàn vi sinh vật bản địa đã được làm
giàu hoặc vi sinh vật sử dụng các chất độc hại từ nơi khác đưa vào các điểm

ô nhiễm.
1.2.6.4. Phương pháp rửa đất
- Phương pháp chiết rửa: Để làm sạch các chất hữu cơ người ta dựa vào
phương pháp sắc kí. Sắc kí là phương pháp tách trong đó cấu tử được tách được
phân bố giữa hai pha, một trong hai pha là pha tĩnh còn pha kia là pha chuyển
động theo một hướng xác định.
- Phương pháp chiết bằng dung môi: Phân hủy thuốc BVTV POP đã
được tách rửa trong dung môi. Để phân hủy POP trong dung dịch chiết rửa
người ta sử dụng hỗn hợp có chứa sắt hóa trị không và oxit sắt.
1.3. Đặc điểm cấu trúc và tính chất lý hóa của hexaclobenzen (HCB) [1]
1.3.1. Cấu trúc của hexaclobenzen (HCB) [12]
Công thức hóa học của HCB: C6Cl6
Tên hóa học của HCB: Hexaclobenzen
Cấu tạo phân tử của HCB:
Cl
Cl

Cl

Cl

Cl
Cl

1.3.2. Tính chất lý hóa của hexaclobenzen
HCB là bột hoặc tinh thể, không màu hặc màu trắng không tan trong
nước, tan trong benzen và etanol sôi. Tnc = 231oC, ts= 322oC, dễ thăng hoa.
Điều chế bằng cách cho clo tác dụng với benzen ở 300oC và có xúc tác.

14

1.3.3. Ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người của
hexaclobenzen
HCB được dùng để diệt nấm hại cây lương thực, bảo vệ hạt giống. Đây
cũng là một phụ phẩm của quá trình sản xuất một số hóa chất nhất định và kết
quả của những quá trình phát thải dioxin và furan.
Trong môi trường lao động, HCB xâm nhập cơ thể qua đường hô hấp và
qua da, nó kích ứng mũi họng, đường hô hấp và mắt. HCB được tích lũy trong
mỡ cơ thể, nó gây ra trở ngại cho sự chuyển hóa của porphyrin, làm tăng bài
tiết coproporphyrin và uroporphyrin trong nước tiểu. Nó gây tổn thương gan,
nó gây kích ứng da và tăng sự nhạy cảm với da đối với ánh sáng, sau đó có thể
làm biến đổi sắc tố da và làm phồng rộp da, nước tiểu có màu đỏ hoặc sẫm màu.
Đặc biệt HCB có thể gây ung thư, người ta đã thấy nó gây ung thư gan
và tuyến giáp ở động vật. Tiếp xúc lâu dài có thể ảnh hưởng đến sinh sản, tổn
thương gan, hệ miễn dịch, thận và hệ thần kinh, tiếp xúc lâu dài với da làm da bị
biến đổi. Trong nhiễm độc cấp tính do HCB, người ta dùng EDTA và có một số
kết quả, nhiễm độc mãn tính cần điều trị dài hạn và chủ yếu là điều trị triệu chứng.
Nồng độ tác động cho phép của HCB ở Mỹ (1998) là 0,002 mg/m3.
HCB bị cấm sử dụng ở Việt Nam từ năm 1996.

15


CHƯƠNG 2
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp thiết kế phân tử bằng phần mềm Gaussview 5.0 [14]
Sau đây là các bước về cách xây dựng phân tử hexaclobenzen và các sản
phẩm thế H vào phân tử tương ứng:
Bước 1:Bắt đầu một tập tin mới bằng cách chọn tùy chọn New  Create

Molecule Group từ thực đơn File trong cửa sổ chính.
Bước 2: Nhấp chuột vào biểu tượng Ring Fragment trên cửa sổ Builder,
điều này sẽ mở ra bảng phân vùng Ring Fragment. Chọn benzene. Phân tử
benzen sẽ xuất hiện trong cửa sổ chính.
Bước 3: Trở lại cửa sổ View.
Bước 4: Nhấp đúp chuột vào Element trên cửa sổ Builder để mở bảng
Element Fragment. Nhấp chuột vào Clo để chọn nó.
Bước 5: Nhấp chuột vào nguyên tử "hot" trong màn hình Current
Fragment, một nguyên tử Clo xuất hiện.
Bước 6: Chọn nút Delete Atom trên cửa sổ Builder.
Bước 7: Trên cửa sổ View, xóa hydro gắn vào Clo bằng cách click vào nó.
Bước 8: Nhấp vào nút Rebond trên cửa sổ Builder, sau đó nhấp vào nút
Clean.
Bạn thường sẽ muốn rebond trước khi làm sạch.
Phân tử bây giờ hexaclobenzen cũng như các sản phẩm thế H tương ứng
đã được xây dựng. Lưu công việc của bạn.
Lưu ý: - Muốn đánh số các nguyên tử trong phân tử vào View/Labels.
- Muốn lưu phân tử dưới dạng ảnh chuột phải chọn File/Save Image
File….Phần mềm sẽ lưu ảnh dưới dạng File tif.

16


2.2. Phương pháp tính toán phân tử bằng phân mềm lượng tử Gaussian
09 [16]
Các bước cần làm để thực hiện việc tính toán bằng Gaussian 09:
1. Khởi động chương trình
2. Nạp hoặc nhập dữ liệu nhập
3. Thực hiện việc tính toán
4. Xem xét và diễn giải dữ liệu xuất

2.2.1. Khởi động chương trình
Nhấp kép vào biểu tượng của Gaussian 09 (hình 2.1), cửa sổ chính của
chương trình gồm nhiều mục sẽ xuất hiện trên màn hình (hình 1.2).

Hình 2.1. Biểu tượng Gaussian 09.
2.2.2. Cách nạp hoặc nhập dữ liệu
- Chọn Open từ đơn lệnh File để mở một tập tin dưới dạng File gif, cửa sổ
Existing File Job Edit sẽ xuất hiện với những vùng chính như trong hình 2.2:

%chk=E:\KLTN\h4c22.chk

Hình 2.2. Cửa sổ soạn thảo (Existing File Job Edit).

17