Nghiên cứu khả năng thế nguyên tử clo bằng hidro trong phân tử Hexacloxyclohexan bằng phương pháp sử dụng phần mềm tính toán lượng tử

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

VŨ THỊ KHÁNH HUYỀN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THẾ
NGUYÊN TỬ CLO BẰNG HIDRO TRONG
PHÂN TỬ HEXACLOXYCLOHEXAN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG PHẦN MỀM
TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hoá lí

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 khoá 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 khoá Hoá học đã hết lòng quan tâm
giúp đỡ em trong suốt thời gian 4 năm học tập.
Trong quá trình thực hiện khoá luận, em không tránh khỏi những thiếu

sót, kính mong thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp ý kiến để đề tài của em
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Sinh viên

Vũ Thị Khánh Huyền


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài:” Nghiên cứu khả năng thế nguyên tử clo
bằng hidro trong phân tử Hexacloxyclohexan bằng phương pháp sử dụng
phần mềm tính toán lượng tử” 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 28 tháng 4 năm 2017
Sinh viên

Vũ Thị Khánh Huyền


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tên Tiếng việt

Tên Tiếng anh

BVTV

Bảo vệ thực vật

HCB

Hexaclobenzen

Hexachlorobenzene

Hợp chất hữu cơ khó

Persistent Organic

phân hủy

Pollutant

Diclo Diphenyl

Dichloro Diphenyl

Tricloetan

Trichloroetthane

Etylen Diamin

Ethyllene Diamine

Tetraaxetic

Tetraacetic Acid

POP

DDT

EDTA

PCB

PolyClorine Biphenyl

DT

Thời gian bán phân hủy

BCD
∆H

∑(∆Hs.n)đầu

Biphenyl

Công nghệ khử clo xúc

Based Catalyzed

tác bazơ

Decomposition

Hiệu ứng nhiệt của
phản ứng
Tổng sinh nhiệt của sản

∑(∆Hs.n)cuối

PolyChlorinated

phẩm sinh ra sau phản
ứng.

Tổng sinh nhiệt của các
chất tham gia phản ứng.


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT
1

Tên bảng
Bảng 1.1. Các chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP
tìm thấy ở VN

Trang
4

2

Bảng 1.2. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussview 5.0

14

3

Bảng 2.1. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussian 09

20

4

Bảng 2.2. Các mục trong đơn lệnh Process.

21

Bảng 3.1. Kết quả tính toán đối với các phân tử C6H12 và
5

C6Cl6-xH6+x (x là số nguyên tử Cl được thay thế bằng

26

nguyên tử H).

6

Bảng 3.2. Sự phân bố điện tích của các nguyên tử trong
phân tử

34


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT

Tên hình vẽ

Trang

1

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

13

2

Hình 1.2. Cửa sổ chính của chương trình Gaussian 09

16

3

Hình 2.1. Biểu tượng Gaussian 09

18

4

Hình 2.2. Cửa sổ chính của chương trình

19

5

Hình 2.3. Cửa sổ soạn thảo (Existing File Job Edit).

19

6

7

Hình 3.1. Sự biến đổi của ∆H khi thay thế từng nguyên tử
Cl trong phân tử C6H6Cl6 bằng H
Hình 3.2. Sơ đồ quá trình ưu tiên tách nguyên tử Cl thay
thế bằng nguyên tử H

25

33

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lí 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....................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 4
1.1. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP ....................................................... 4
1.1.1. Khái niệm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP ............................... 4
1.1.2. Một số hợp chất POP tiêu biểu ............................................................... 4
1.1.3. Đặc điểm hóa học của POP ..................................................................... 7
1.1.4. Tình trạng ô nhiễm .................................................................................. 7
1.1.5. Tác hại của ô nhiễm POP ........................................................................ 8
1.1.6. Phương pháp phân hủy POP ................................................................. 10
1.2.6.1. Phương pháp hóa lý ........................................................................... 10
1.2.6.2. Phương pháp hóa học ........................................................................ 10
1.2.6.3. Phương pháp sinh học........................................................................ 10
1.2.6.4. Phương pháp rửa đất ......................................................................... 11
1.2. Đặc điểm cấu trúc và tính chất lý hoá của Hexacloxyclohexan .............. 11
1.2.1. Cấu trúc ................................................................................................. 11
1.2.2 Tính chất lí hoá....................................................................................... 12
1.2.3 Ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ con người .............................. 12
1.3. Giới thiệu về phần mềm lượng tử ............................................................ 12
1.3.1. Phần mềm Gaussview 5.0 ..................................................................... 12
1.3.2. Phần mềm Gaussian 09 ......................................................................... 14


1.4. Phương pháp tính lượng tử .................................................................... 16

CHƯƠNG 2 . THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC ...........................................................................................................17
2.1. Phương pháp thiết kế phân tử bằng phần mềm Gaussview ..................... 17
2.2. Phương pháp tính toán phân tử bằng phần mềm Gaussian ...................... 18
2.2.1. Khởi động chương trình ........................................................................ 18
2.2.2. Nạp hoặc nhập dữ liệu ......................................................................... 19
2.2.3. Thực hiện việc tính toán........................................................................ 20
2.2.4. Xem xét và diễn giải dữ liệu xuất ......................................................... 21
2.3. Giá trị tính ................................................................................................ 21
2.4. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học. Định luật Hess ............................ 23
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 25
3.1. Kết quả tính toán lượng tử . ..................................................................... 25
3.2. Khả năng thế nguyên tử Cl bằng H vào phân tử C6H6Cl6........................ 27
3.2.1 Cấu hình không gian liên quan đến khả năng phản ứng ........................ 27
3.3.2 Sơ đồ quá trình ưu tiên tách nguyên tử Cl thay thế bằng nguyên tử H.. 32
KẾT LUẬN ........................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 40


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trước đây người ta quan niệm phương pháp hóa học lượng tử chỉ là mô
hình lí thuyết ít có ứng dụng thực tế. Ngày nay hóa lượng tử là khoa học ứng
dụng của lý thuyết cơ học lượng tử để giải thích các vấn đề trong lĩnh vực hóa
học. Sự xuất hiện của hóa học lượng tử do yêu cầu phát triển nội tại của lý
thuyết hóa học nhằm giải thích các quy luật đã được tích lũy lâu bằng thực
nghiệm. 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 không thể làm được 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,….
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

1


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 dụng
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 đioxin –
chất độc màu da cam mà quân đội Mỹ đã sử dụng trong chiến tranh ở nước ta.
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, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng
thế nguyên tử clo bằng hidro trong phân tử Hexacloxyclohexan bằng
phương pháp sử dụng phần mềm tính toán lượng tử”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tính toán khả năng thế nguyên tử Cl bằng H trong phân tử

Hexacloxyclohexan bằng phương pháp sử dụng phần mềm tính toán lượng tử.
3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định nhiệt hình thành cho các phân tử C6H6Cl6 và các sản phẩm
thế Hidro.
- Xác định mật độ điện tích của các nguyên tử trong phân tử.
- Xác định sơ đồ ưu tiên thế nguyên tử Clo.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Tính toán lượng tử cho phân tử C6H6Cl6: 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.

2


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 huỷ hợp chất POP.

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP [5,9,13]
1.1.1. 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 ít tan trong nước và hòa tan trong dung môi hữu cơ rất cao,
thường tích tụ trong các mô mỡ động vật, có thể bay hơi và có khả năng phát
tán rất xa trong không khí trước khi xảy ra lắng đọng.
1.1.2. 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.
Chordane – 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.
Dielrin- 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.
Đioxin- 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

4


cũng có thể sản sinh ra đioxin. Đioxin 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 dioxin, đồng thời có trong các hợp chất PCB dành cho

thương mại.
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.
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 dioxin và furan.
Mirex- một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa và các
loại kiến và mỗi 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.

5


Bảng 1.1. Các chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP tìm thấy ở VN.
STT

Tên chất

Công thức

STT

Tên chất

1

Thuốc
diệt cỏ
2,4D

8

2

Aldrin

9

Mirex

3

Chlordane

10

Polychlorinated
biphenyls-PCBs

Công thức
Cl

Hexachlorobenzene

Cl

Cl

Cl

Cl
Cl

4

DDT

11

Polychlorinated
dibenzo-pdioxins

5

Dieldrin

12

Toxaphene

6

Endrin

13

Polychlorinated
dibenzo furans

7

Heptachlo
r

6


1.1.3. 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.
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.
1.1.4. Tình trạng ô nhiễm
Thuốc BVTV 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 36- 75,8
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 bảo vệ thực tập tăng nhanh là nguyên nhân
gây nên ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường đất ở nước ta. Theo thống

7


kê, hiện nước ta có khoảng trên 1153 khu vực ô nhiễm nặng thuốc BVTV
dạng POP.
Theo khảo sát cho thấy tại tỉnh Nghệ An hằng năm có hàng trăm điểm
ô nhiễm, điển hình là Hòn Trơ, Diễn Châu, Kim Liên, Nam Đàn. Đặc biệt là
kho thuốc BVTV tại xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu và địa điểm Hòn Trơ là
một trong 913 điểm tồn lưu thuốc BVTV trên địa bàn tỉnh tồn tại hàng chục
năm nay, kho thuốc đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến
đời sống dân sinh của người dân.
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 ôi trường và sức khỏe con người.
1.1.5. Tác hại của ô nhiễm POP
1.1.5.1. Ảnh hưởng đến môi trường đất
Đất là nơi tập trung nhiều dư lượng thuốc BVTV. Đất nhận thuốc bảo
vệ thực vật 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 thuôc 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 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.

8


Thời gian tồn tại của thuốc trong đất dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều
yếu tố môi trường. Tuy nhiên, một chi 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.
1.1.5.2. 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.
1.1.5.3. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
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, đẻ non thai, sảy thai,sinh con dị
dạng,thiểu năng trí tuệ, trầm cảm…

9


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.
1.1.6. 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 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 thông qua việc thay đổi các yếu tố môi trường như : pH, độ ẩm, nồng độ
oxi, chất dinh dưỡng,…

10


- 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.
1.2. Đặc điểm cấu trúc và tính chất lý hoá của Hexacloxyclohexan
1.2.1. Cấu trúc
+ Công thức phân tử: C6H6Cl6
+ Công thức cấu tạo:

Lindan
α-hexacloxyclohexan và  –hexacloxyclohexan là đồng phân của Lindan

 –hexacloxyclohexan

α-hexacloxyclohexan

11


1.2.2. Tính chất lí hoá
Hexacloxyclohexan nguyên chất ở dạng kết tinh màu trắng, gồm nhiều
đồng phân không gian, trong đó có đồng phân gammar có khả năng thăng hoa
ở nhiệt độ cao.
Hexacloxyclohexan rất bền vững trong điều kiện thường, bền với tác
động của ánh sáng, chất oxi hoá, môi trường axit nhưng bị phân huỷ trong
môi trường kiềm, nhất là trong các dung môi của BHC.
1.2.3. Ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ con người
Tính độc: LD 50 = 125 mg/kg.
Thuốc có khả năng tích lũy trong cơ thể người và động vật.
Hexacloxyclohexan là chất độc với cơ thể người và động vật đồng thời cũng
là chất phân huỷ chậm.
Trong năm 2009, việc sản xuất và sử dụng nông nghiệp của lindan đã
bị cấm theo Công ước Stockholm về các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Sản xuất
và sử dụng của lindan trong nông nghiệp là những nguyên nhân chính gây ô
nhiễm môi trường. Lindan có thể thấm vào bề mặt đất, mạch nước ngầm và có
thể tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn. Hầu hết các trường hợp bị nhiễm
lindan là kết quả của sử dụng nông nghiệp và tiêu thụ các loại thực phẩm,
chẳng hạn như sản phẩm thịt và sữa, được sản xuất từ sản phẩm nông nghiệp.
1.3. Giới thiệu về phần mềm lượng tử [2,3,18]
1.3.1. 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

12


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.
Bảng dưới đây liệt kê các biểu tượng sẵn có và các mục trình đơn cùng
với các chức năng của chúng:

13


Bảng 1.2. Các biểu tượng trong phần mềm Gaussview 5.0.
Biểu

Tên

tượng

Đường dẫn

Mục đích

menu
New

Open

FileNew

Tạo một nhóm phân tử mới (một

Create Mol.

thành viên) như một cửa sổ Xem

Group

trống.

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
Elements

Bảng các liên kết của C.

R-Group

Bảng các nhóm chức trong hóa học.

Fragment
Biological

Bảng các axit amin và nucleotit

Fragments
Add Valence

Thêm một hydro bổ sung vào
nguyên tử đã chọn
Đảo ngược cấu trúc phân tử về một

Invert About

nguyên tử đã chọn

Atom

1.3.2. 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

14


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.
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.

15


Hình 1.2. Cửa sổ chính của chương trình Gaussian 09.
1.4. Phương pháp tính lượng tử
- Tính toán cho quá trình phân hủy Hexacloxyclohexan được tính toán
dựa trên năng lượng hình thành của các phân tử.
- Bằng việc thay thế các nguyên tử clo trong phân tử
Hexacloxyclohexan bằng các nguyên tử, nhóm nguyên tử là H.
- Tính toán và xác định sự biến đổi năng lượng cho quá trình biến đổi
hóa học này. Từ đó, lựa chọn ra điều kiện tối ưu cho quá trình biến đổi năng
lượng.

16


CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
2.1. Phương pháp thiết kế phân tử [14]
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 Rings trên cửa sổ Builder; Điều
này làm cho vòng trong phân tử của bạn "đoạn hiện tại" như một cấu trúc
vòng xuất hiện trong cửa sổ chính.
Bước 3: Nhấp chuột vào biểu tượng Rings; Điều này sẽ mở ra bảng
phân vùng Ring Fragment. Chọn dạng ghế của hexacloxyclohexan
Bước 4: Trở lại cửa sổ View. Nhấp một lần: Dạng ghế của
hexacloxyclohexan.

Bước 5: Nhấp đúp chuột vào Element trên cửa sổ Builder để mở bảng
Element Fragment. Nhấp chuột vào Clo để chọn nó.
Bước 6: Nhấp chuột vào nguyên tử trong màn hình Current Fragment;
Một nguyên tử Clo xuất hiện.
Bước 7: Chọn nút Xóa Atom trên cửa sổ Builder.
Bước 8: Trên cửa sổ View, xóa hidro gắn vào Clo bằng cách click vào nó.
Bước 9: Nhấp vào nút Rebond trên cửa sổ Builder, sau đó nhấp vào nút
Clean.
Phân tử bây giờ là hexacloxyclohexan cũng như các sản phẩm thế Clo
tương ứng đã hoàn thành. 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.

17