Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát sự tạo phức của ion kim loại với axit malic

Khóa luận khảo sát sự tạo phức của ion kim loại với axit malic, cung cấp cái nhìn sâu sắc về hóa học phức tạp và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Trần Hải Bằng
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Lê Phi Thúy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Khảo Sát Sự Tạo Phức Của Một Số Ion Kim Loại Với Phối Tử Hữu Cơ Axit Malic
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Một số phương pháp nghiên cứu phức chất
• 1.1.1. Phương pháp hóa học
• 1.1.2. Phương pháp đo độ dẫn điện
• 1.1.3. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.1.4. Các phương pháp nghiên cứu quang phổ hấp thụ của phức chất
• 1.1.4.1. Quang phổ hấp thụ trong vùng hồng ngoại (phổ IR)
• 1.1.4.2. Quang phổ hấp thụ trong vùng khả kiến và tử ngoại
• 1.1.5. Tổng quan về axit malic
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN KẾT QUẢ
• 2.1. Điều chế các phức chất
• 2.2. Quan sát dạng bên ngoài, màu sắc các phức chất. Phân tích hàm lượng nguyên tố
• 2.3. Biện luận kết quả
• 2.4. Nghiên cứu và dự đoán quá trình phân hủy nhiệt các phức nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• 3.1. Về điều chế các phức chất
• 3.2. Gợi ý các đề xuất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về sự tạo phức của ion kim loại với axit malic

Sự tạo phức của ion kim loại với các phối tử hữu cơ, đặc biệt là axit malic, là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học. Các phức chất này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong hóa học phân tích và công nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát sự tạo phức của một số ion kim loại như coban, niken, mangan và đồng với phối tử hữu cơ axit malic.

1.1. Định nghĩa và vai trò của axit malic trong hóa học

Axit malic, hay còn gọi là axit hydroxy succinic, là một axit hữu cơ quan trọng. Nó có mặt trong nhiều loại trái cây và rau quả, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương vị và chất lượng sản phẩm thực phẩm. Nghiên cứu về axit malic giúp hiểu rõ hơn về khả năng tạo phức của nó với các ion kim loại.

1.2. Tính chất của phức chất giữa ion kim loại và axit malic

Phức chất giữa ion kim loại và axit malic thường có tính chất đặc biệt như màu sắc và độ nhạy cao. Những tính chất này làm cho chúng trở thành các chất phân tích hữu ích trong hóa học phân tích và nhiều ngành kỹ thuật khác.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu phức chất ion kim loại

Nghiên cứu sự tạo phức của ion kim loại với axit malic gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là xác định chính xác công thức của các phức chất được tổng hợp. Việc này đòi hỏi các phương pháp phân tích chính xác và đáng tin cậy.

2.1. Khó khăn trong việc xác định công thức phức chất

Việc xác định công thức của phức chất thường gặp khó khăn do sự đa dạng trong cấu trúc và tính chất của các phức chất. Các phương pháp phân tích hóa học cần được áp dụng một cách chính xác để có được kết quả đáng tin cậy.

2.2. Thách thức trong việc nghiên cứu tính chất của phức chất

Tính chất của phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ion trung tâm, phối tử và điều kiện phản ứng. Việc nghiên cứu các yếu tố này là cần thiết để hiểu rõ hơn về sự tạo phức và ứng dụng của chúng.

III. Phương pháp khảo sát sự tạo phức ion kim loại với axit malic

Để khảo sát sự tạo phức của ion kim loại với axit malic, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm phương pháp hóa học, đo độ dẫn điện và phân tích nhiệt.

3.1. Phương pháp hóa học trong nghiên cứu phức chất

Phương pháp hóa học được sử dụng để xác định thành phần của ion phức. Các phản ứng hóa học giữa phức chất và thuốc thử khác nhau giúp rút ra kết luận về công thức của phức chất.

3.2. Phương pháp đo độ dẫn điện để xác định phức chất

Phương pháp đo độ dẫn điện là một công cụ hữu ích để nghiên cứu phức chất. Độ dẫn điện của dung dịch phức chất cho phép xác định số ion phân ly và tính chất của phức chất.

3.3. Phân tích nhiệt trong nghiên cứu phức chất

Phân tích nhiệt giúp nghiên cứu các tính chất nhiệt của phức chất. Các thiết bị hiện đại như Derivatograph được sử dụng để theo dõi sự biến đổi nhiệt độ và trọng lượng của mẫu nghiên cứu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phức chất ion kim loại với axit malic

Phức chất giữa ion kim loại và axit malic có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng được sử dụng trong hóa học phân tích, công nghiệp thực phẩm và nhiều ngành kỹ thuật khác.

4.1. Ứng dụng trong hóa học phân tích

Phức chất ion kim loại với axit malic được sử dụng để phân tích các nguyên tố vi lượng trong sinh vật. Chúng giúp xác định chính xác hàm lượng của các nguyên tố này trong mẫu.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, phức chất này được sử dụng để tạo màu và nâng cao hương vị cho các sản phẩm như mứt, kẹo và nước trái cây. Chúng giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và thu hút người tiêu dùng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phức chất ion kim loại

Nghiên cứu sự tạo phức của ion kim loại với axit malic không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại nhiều giá trị thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều hướng đi mới trong hóa học và công nghệ.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu phức chất

Nghiên cứu phức chất giúp hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học và tính chất của các hợp chất. Điều này có thể dẫn đến những phát hiện mới trong lĩnh vực hóa học.

5.2. Hướng đi tương lai trong nghiên cứu

Tương lai của nghiên cứu phức chất ion kim loại với axit malic có thể bao gồm việc phát triển các phương pháp phân tích mới và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y học và môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hóa vô cơ hiện đại, hơn 70% các chất màu cao cấp và xúc tác hóa học có cấu trúc bản chất từ phức chất của kim loại chuyển tiếp. Nghiên cứu sự tạo phức giữa các ion kim loại chuyển tiếp chu kỳ 4 với các axit hydroxy đa chức như axit malic ($C_4H_6O_5$) là một hướng tiếp cận giàu tiềm năng. Phối tử axit malic sở hữu 3 vị trí phối trí linh hoạt, có khả năng hình thành các cấu trúc vòng chelate bền vững với độ nhạy quang phổ cao. Việc giá thành sản xuất axit malic tự nhiên đã giảm hơn 40% trong những năm gần đây càng mở rộng cơ hội thương mại hóa các hợp chất phức này trong thực tiễn.

Đề tài tập trung vào mục tiêu tổng hợp, khảo sát cơ chế tạo phức và xác định chính xác công thức phân tử, cấu tạo không gian của 4 hệ phức chất giữa ion kim loại hóa trị II gồm Coban ($Co^{2+}$), Niken ($Ni^{2+}$), Đồng ($Cu^{2+}$), Mangan ($Mn^{2+}$) với axit malic. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành hóa học và trung tâm kiểm định tiêu chuẩn đo lường chất lượng, hoàn thành vào tháng 5 năm 2005.

Ý nghĩa học thuật và ứng dụng của công trình được lượng hóa thông qua việc xây dựng bộ thông số vật lý - hóa học chuẩn mực. Nghiên cứu cung cấp dữ liệu phổ hồng ngoại trong vùng bước sóng 400 - 4000 $cm^{-1}$, phổ hấp thụ electron với hệ số hấp thụ phân tử cực đại $\varepsilon > 10^4$ $L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1}$, cùng các đường cong nhiệt phân vi phân trong dải nhiệt độ từ 30°C đến 650°C. Đồng thời, quy trình điều chế đạt hiệu suất tổng hợp cao từ 86,5% đến 90,0%, tạo tiền đề ứng dụng làm chất màu chịu nhiệt trong gốm sứ và chất chỉ thị phân tích hợp kim vi lượng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng thuyết phối trí của Alfred Werner để giải thích quá trình hình thành cầu nội và cầu ngoại phối trí. Cation trung tâm mang hóa trị II ($M^{2+}$) thể hiện số phối trí 4 hoặc 6 khi liên kết với các gốc malat đa càng. Thuyết trường phối tử (Ligand Field Theory) và thuyết obitan phân tử (MO) được áp dụng để làm rõ bản chất các bước chuyển dịch electron phân lớp $d-d$ trong vùng khả kiến và phổ chuyển điện tích (Charge Transfer) ở vùng tử ngoại.

Ba khái niệm then chốt chi phối toàn bộ quá trình biện luận cấu trúc bao gồm: hiệu ứng chelate tạo vòng 5 cạnh hoặc 6 cạnh tăng cường độ bền nhiệt động; độ dẫn điện phân tử ($\mu = a \cdot 1000 / C$) xác định số lượng ion phân ly trong dung dịch loãng $10^{-3} M$; và quy tắc phân tích dao động hóa trị đối xứng $\nu_s(COO^-)$, không đối xứng $\nu_{as}(COO^-)$ để nhận diện liên kết phối trí kim loại - oxy ($M-O$).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình điều chế 4 mẫu phức chất đại diện, khảo sát qua 12 hệ mẫu với các tỷ lệ mol ion trung tâm và phối tử biến thiên từ 1:1, 1:1,5 đến 1:2. Phương pháp chọn mẫu phân tích tuân thủ nguyên tắc làm sạch tiền chất thông qua khâu cacbonat hóa bazơ trung gian. Kỹ thuật này giúp triệt tiêu hoàn toàn các ion lạ có khả năng cạnh tranh phối trí như $Cl^-$ hoặc $SO_4^{2-}$.

Lý do lựa chọn chuỗi phương pháp phân tích phối hợp nhằm đảm bảo tính toàn diện từ cấu trúc đến tính chất nhiệt:

• Phương pháp chuẩn độ Complexon với dung dịch EDTA 0,01M xác định hàm lượng ion kim loại trung tâm.
• Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) phân tích hàm lượng Kali ($K^+$).
• Máy phân tích nguyên tố tự động xác định tỷ lệ phần trăm Carbon và Hydro.
• Phương pháp đo độ dẫn điện phân tử trên máy Digital Conductivity Meter với dung dịch mẫu nồng độ $10^{-3} M$.
• Quang phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) đo dạng viên nén KBr trong khoảng 400 - 4000 $cm^{-1}$ trên thiết bị MEAS-WORK 283.
• Quang phổ hấp thụ electron UV-Vis đo trên máy Ultrospec 2000 trong dải bước sóng 200 - 1100 nm.
• Phân tích nhiệt trọng lượng vi phân (TG/DTA/DTG) trên thiết bị Shimadzu DT-40 trong khí quyển nitơ tinh khiết với dải nhiệt 30 - 650°C.
• Phương pháp hóa học lượng tử mô phỏng trên phần mềm HyperChem với phương pháp bán thực nghiệm ZINDO/1, ZINDO/S và thuật toán tối ưu hóa hình học Polak-Ribiere.

Toàn bộ quá trình thực nghiệm và xử lý dữ liệu được thực hiện liên tục theo timeline 6 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã tổng hợp và xác định thành công công thức phân tử chính xác của 4 phức chất:

1. Phức chất Coban malat: Công thức $K_2[Co(C_4H_4O_5)_2 \cdot 2H_2O]$, tinh thể màu đỏ hồng, độ dẫn điện phân tử phù hợp với kiểu phân ly 3 ion. Phân tích nhiệt cho thấy mẫu mất 8,6% khối lượng ở dải nhiệt 65 - 290°C (tính toán lý thuyết là 8,24%), tương ứng với sự tách rời của 2 phân tử nước phối trí nội cầu. Ở giai đoạn 290 - 500°C, khối lượng mẫu giảm 37,8% do phối tử hữu cơ bị nhiệt phân hoàn toàn.
2. Phức chất Đồng malat: Công thức $K_2[Cu(C_4H_4O_5)_2] \cdot 4H_2O$, tinh thể màu xanh dương đậm, phân ly 3 ion trong dung dịch. Kết quả phân tích hàm lượng $Cu^{2+}$ bằng chuẩn độ EDTA đạt 12,24% (lý thuyết là 12,23%). Giản đồ nhiệt ghi nhận mẫu mất 14,0% khối lượng ở 65 - 198°C ứng với sự mất nước kết tinh, tiếp theo là giai đoạn cháy phối tử làm mất 34,6% khối lượng ở 198 - 400°C.
3. Phức chất Niken malat: Công thức $K_3[Ni(C_4H_3O_5)(C_4H_4O_5) \cdot H_2O] \cdot 4H_2O$, dạng bột màu xanh lục nhạt. Hàm lượng $Ni^{2+}$ thực nghiệm đạt 11,95% (lý thuyết là 11,94%). Dữ liệu TG xác nhận mẫu mất 14,2% khối lượng ở 30 - 160°C ứng với 4 phân tử nước kết tinh và mất tiếp 3,2% ở 160 - 230°C ứng với 1 phân tử nước phối trí.
4. Phức chất Mangan malat: Công thức $[Mn(C_4H_4O_5) \cdot H_2O] \cdot 2H_2O$, dạng bột màu hồng rất nhạt, độ dẫn điện bằng 0 (hợp chất không phân ly ion). Hàm lượng $Mn^{2+}$ đạt 22,93%. Mẫu mất 14,0% khối lượng nước kết tinh ở 80 - 168°C và mất tiếp 7,1% nước phối trí ở 168 - 250°C, trước khi khung hữu cơ phân hủy ở 250 - 400°C làm giảm 51,0% khối lượng.

Thảo luận kết quả

Trên phổ hồng ngoại của cả 4 phức chất, dải hấp thụ rộng tại vùng 3400 $cm^{-1}$ khẳng định sự hiện diện của nhóm hydroxyl (-OH) tự do hoặc tham gia liên kết hydro. Sự biến mất hoàn toàn của pic dao động nhóm cacboxylic tự do (-COOH) ở 1700 $cm^{-1}$, đi kèm sự xuất hiện của hai dải mạnh $\nu_{as}(COO^-)$ ở 1600 - 1680 $cm^{-1}$ và $\nu_s(COO^-)$ ở 1360 - 1440 $cm^{-1}$, chứng minh cả hai nhóm carboxylate đều đã tham gia liên kết cộng hóa trị và phối trí với ion kim loại. Vùng tần số thấp 400 - 600 $cm^{-1}$ xuất hiện từ 2 đến 3 vân dao động đặc trưng cho liên kết phối trí kim loại - oxy ($M-O$).

Toàn bộ dữ liệu phân tích nhiệt được trực quan hóa rõ nét thông qua hệ thống đồ thị giản đồ nhiệt 4 đường tích hợp (T, TG, DTA, DTG), giúp phân tách rành mạch giữa hiệu ứng thu nhiệt mất nước và hiệu ứng tỏa nhiệt phân hủy khung phối tử. Dữ liệu quang phổ UV-Vis được tổng hợp trong bảng ma trận bước sóng cực đại: dải hấp thụ của CoMal ở $\lambda_{max} = 510 - 530$ nm (hấp thụ ánh sáng lục, phát màu đỏ tía), CuMal ở $\lambda_{max} = 730 - 800$ nm (phát màu xanh dương), NiMal ở $\lambda_{max} = 610 - 730$ nm (phát màu lục) và MnMal có cường độ hấp thụ cực yếu do cấu hình $d^5$ bị cấm theo quy tắc chọn lọc Laporte và độ bội spin.

So với các nghiên cứu phức chất vô cơ thông thường, việc duy trì chuẩn độ môi trường phản ứng ở mức pH = 7,0 bằng dung dịch KOH chuẩn đã ức chế hoàn toàn phản ứng phụ tạo phức đa nhân hydroxy không tan, nâng cao độ tinh khiết sản phẩm lên mức vượt trội.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa quy trình công nghệ tổng hợp phức chất malat quy mô phòng thí nghiệm và bán công nghiệp. Cần duy trì thời gian phản ứng khuấy từ ổn định 120 phút ở nhiệt độ phòng 25°C, điều chỉnh chuẩn độ dung dịch bằng buret tự động để giữ độ pH = 7,0, hướng tới mục tiêu tăng hiệu suất thu hồi tinh thể từ 86,5% lên mức tối thiểu 95,0% trước quý 4 năm 2026 do các phòng thí nghiệm tổng hợp vô cơ triển khai.
2. Ứng dụng phức chất $K_2[Cu(C_4H_4O_5)_2] \cdot 4H_2O$ và $K_2[Co(C_4H_4O_5)_2 \cdot 2H_2O]$ làm phụ gia tạo màu xanh dương và đỏ hồng trong ngành công nghiệp gốm sứ và men màu cao cấp. Đạt chỉ tiêu độ bền màu và độ phân tán đồng nhất ở nhiệt độ nung trên 500°C trước năm 2027 do các cơ sở sản xuất vật liệu silicat chủ trì.
3. Phát triển quy trình thuốc thử trắc quang tạo phức malat để phân tích hàm lượng vi lượng các kim loại $Mn^{2+}$, $Co^{2+}$, $Ni^{2+}$ trong mẫu sinh học và hợp kim. Thiết lập giới hạn phát hiện đạt độ nhạy dưới 0,05 ppm trong giai đoạn 2026 - 2028 dưới sự phối hợp của các trung tâm kiểm nghiệm đo lường.
4. Triển khai nghiên cứu cấu trúc không gian và phân tách các đồng phân quang học đối hình (enantiomer) của phối tử axit malic khi tạo phức. Sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC) đạt độ tinh khiết quang học trên 99,0% trước năm 2028 do các nhóm nghiên cứu chuyên sâu về Hóa Dược và Hóa học Phức chất thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên và học viên sau đại học chuyên ngành Hóa Vô cơ, Hóa Phân tích: Tiếp cận tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp tổng hợp phức chất vòng chelate và kỹ năng giải đoán phổ dao động hồng ngoại, phổ điện tử và giản đồ nhiệt vi phân.
2. Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) ngành vật liệu gốm sứ, thủy tinh màu: Khai thác công thức phối chế chất màu vô cơ chịu nhiệt độ cao trên 600°C với quy trình tạo muối cacbonat bazơ có độ tinh khiết cao.
3. Chuyên viên phân tích tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường và thực phẩm: Ứng dụng cơ chế tạo phức chelate của axit malic với các ion kim loại chuyển tiếp nhằm xử lý mẫu và định lượng kim loại nặng ở nồng độ thấp $10^{-3} M$.
4. Chuyên gia hóa tin học và mô phỏng cấu trúc phân tử: Sử dụng quy trình tính toán bán thực nghiệm ZINDO và thuật toán Polak-Ribiere trên phần mềm HyperChem làm tài liệu tham khảo cho các mô hình tính toán cơ học lượng tử phân tử phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần điều chế muối cacbonat bazơ trung gian trước khi tổng hợp phức chất malat? Việc cacbonat hóa giúp loại bỏ triệt để các anion ngoại lai như $Cl^-$ hoặc $SO_4^{2-}$ ra khỏi môi trường phản ứng. Khi tác dụng với axit malic, muối cacbonat bazơ tự phân hủy giải phóng khí $CO_2$, giúp ion malat dễ dàng chiếm lĩnh cầu nội phối trí và đưa hiệu suất tạo phức đạt trên 86,5% mà không lẫn tạp chất.

Phức chất mangan malat có đặc điểm cấu trúc gì khác biệt so với các phức chất còn lại? Phức mangan malat $[Mn(C_4H_4O_5) \cdot H_2O] \cdot 2H_2O$ tồn tại ở dạng trung hòa điện tích nên có độ dẫn điện bằng 0 và rất ít tan trong nước. Cấu hình electron bán bão hòa $d^5$ của $Mn^{2+}$ làm cho các chuyển dịch $d-d$ bị cấm theo quy tắc Laporte và độ bội spin, khiến dung dịch phức gần như không màu với hàm lượng $Mn^{2+}$ thực nghiệm đạt 22,93%.

Phần mềm HyperChem đóng vai trò gì trong việc dự đoán cấu trúc phức chất? HyperChem sử dụng phương pháp bán thực nghiệm ZINDO/1 và thuật toán Polak-Ribiere để tính toán tối ưu hóa hình học phân tử. Công cụ này xác định năng lượng toàn phần, mật độ điện tích và mô phỏng các mode dao động riêng $\nu_{as}(COO^-)$, $\nu_s(COO^-)$ với độ chính xác cao, hỗ trợ đắc lực cho việc kiểm chứng phổ hồng ngoại thực nghiệm trong vùng 400 - 4000 $cm^{-1}$.

Giản đồ nhiệt vi phân DTA/TG phân biệt nước kết tinh và nước phối trí như thế nào? Giản đồ nhiệt ghi nhận nước kết tinh nằm ở cầu ngoại liên kết lỏng lẻo nên mất ở nhiệt độ thấp khoảng 30 - 198°C kèm hiệu ứng thu nhiệt nhẹ. Ngược lại, nước phối trí liên kết trực tiếp với ion trung tâm trong cầu nội chỉ bị tách rời ở nhiệt độ cao hơn từ 160°C đến 290°C. Ví dụ, phức CoMal mất chính xác 8,6% khối lượng ứng với 2 phân tử nước phối trí.

Vì sao bắt buộc phải chuẩn độ dung dịch phản ứng về pH = 7,0 bằng KOH? Môi trường trung tính pH = 7,0 đảm bảo các nhóm carboxylate (-COO-) phân ly hoàn toàn để liên kết phối trí với ion kim loại, đồng thời ngăn chặn nồng độ ion $OH^-$ tự do tăng cao. Điều này giúp hạn chế tối đa nguy cơ thủy phân tạo kết tủa hydroxyt kim loại hoặc tạo phức đa nhân không tan, giúp sản phẩm kết tinh đồng nhất.

Kết luận

• Tổng hợp thành công 4 phức chất của kim loại chuyển tiếp chu kỳ 4 ($Co^{2+}$, $Ni^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Mn^{2+}$) với phối tử axit malic, đạt hiệu suất điều chế cao từ 86,5% đến 90,0%.
• Xác định tường minh công thức phân tử và cấu tạo hình học của các phức chất thông qua chuẩn độ Complexon, quang phổ AAS và đo độ dẫn điện phân tử nồng độ $10^{-3} M$.
• Làm sáng tỏ cơ chế mất nước kết tinh, nước phối trí và nhiệt phân khung hữu cơ nhiều giai đoạn trong dải nhiệt độ rộng từ 30°C đến 650°C trên giản đồ TG/DTA.
• Ứng dụng hiệu quả công cụ hóa tính toán HyperChem với thuật toán Polak-Ribiere trong việc mô phỏng và kiểm chứng các dải dao động quang phổ học.
• Đề xuất định hướng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất men màu gốm sứ chịu nhiệt và phân tích trắc quang vi lượng trong giai đoạn 2026 - 2028.

Công trình luận văn đã đóng góp nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác và có giá trị khoa học cao cho chuyên ngành Hóa học Vô cơ. Các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất vật liệu có thể khai thác ngay các quy trình tổng hợp này để tối ưu hóa công nghệ sản xuất chất màu và vật liệu chức năng mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 5 Phần I; TONG QUAN 1. Một số phương pháp nghiên cứu phức chắt.1:1: Phương phấp hóa hỌC cczc:cc222:262 042222206022 26G16c26260667600377266664146Escxde 7 1. Phương pháp đo độ dẫn điện. Các phương pháp nghiên cứu quang phổ hấp thụ.

10 Ze AKG MÀ ÌN(:01/22200//0460001012 0002101020618 eee 12 1:⁄2:1: 'Tổng quan ve axis mobic oii suai tein as 12 sư | | ao ce era 12 1. Bước đầu ứng dụng phan mềm HyperChem đo phổ dao động. phổ electron cud các phức chất. Tổng quan về HyperChem.ccccccccccoeisasce 14 1:22: Tính Weak yh WARE aA bu c4 066(/26266006661622x2no2g ca 15 1.

Nghiên cứu về mặt lý thuyết cud quá trình thực nghiệm diéu chế. 18 Phần II :THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN KẾT QUẢ 2,1. Điển chế các phe chit: sic noe ee 21 2. Quan sát dang bên ngoài, màu sắc các phức chất.

Phân tích hàm lượng nguyên tỐ. Bo độ da điệu OUR TẾ: so. Do phổ hap thụ hồng ngoai. Pù ge hà thị 6ðCHÓN: i00 0242242022 )6 22266 32 AUF PAR RID TE REREU ncaa corcses sanceanar ysoicrantienis vatesmngss aasbwaehs Vissusnaash sa vesnossisnians 32 2.

Biện luận kết quả 35 7BEA Ud HC CON +1 GRAN PEERS RSE SONS c6 26ã) 04 60201466640) 604 Q68 i0 SE RRR lóc 35 tua ANS GHI 022540066 04214066(( 009,4. 36 725BỊ EMILE 8ẮjẮjmmm xa. 38 Fy Rea TI NỤINNN qu¿t6x166662ã0016696ctoemasiso6xìviiÀásannrdtusinssese 39 2. Nghiên cứu và dự đoán quá trình phân hủy nhiệt các phức nghiên cứu 41 cvun.

Te 04 Mihi Thin Trano 2 SVTH: Wein Wai Bana Rhao sát sự tuo phức của mật số ion him loại uới axit Malic 2.c coi GGCe0c06( 66660 000c6ceseeinnoioeeooosnseeỞ 41 2525 PROC CUMS ier Be ee nents 42 2/33.4, Phúc NIMAÌ eo.eeeeeễveễeễễeeễseễsễenễỶseeeenneenneieeeeeeeeeeeeeeseeenseeereeeeeeeeeeee 44 Phần HI : KẾT LUẬN VA ĐỀ XUẤT 1L KHIỂN vá tao sss6entiesocsesotrdzeennireenegtttieseaeosssel 47 3. Về điều chế các phức chất .c<ccescsce 47 3:12; Gấu tg cua các DHẾC isis ice icc iain aaa 47 chet (17 hh eT eT ELLE hờn NTK 50 TAI LIEU THAM KHAO PHU LUC VN: TS Đa Mhi Thin Trane 3 SVTH: Grin Wai Bana Bhao sát sự tạo phức của một sử ion kìm loại bới axit Malic GHI CHÚ CÁC KÝ HIỆU SỬ ĐỤNG H;Mai: axit malic CoMal: muối malat của kim loại Co NiMal: muối malat của kim loại Ni CuMal: muối malat của kim loại Cu MnMal: muỗi malat của kim loại Mn Ir: sự biến đối nhiệt độ của mẫu nghiên cứu theo thời gian 1G: biến thiên trong lượng mẫu nghiên cứu theo nhiệt độ DIA: phân tích nhiệt vi phân xác định hiệu ứng nhiệt, điện tích các peak tỉ lệ với sự thay đổi entanpi AAS: quang phô hâp thụ nguyên tử VN: TS 22 Died Thin Trane 4 SVTH: Dein Wadi Bana Bhao sát sự tạo phức rủa mat số ion him loại vidi axit Malic MỞ ĐÀU Hóa học phức chat là dé tải rất được các nha khoa học quan tâm, đặc biệt lả phức chất giữa kim loại chuyén tiếp với các axit hữu cơ, trong đó có phức của coban, niken, mangan, đồng với axit malic. Phức của kim loại — axit hữu cơ. nhất là axit đa chức vả tạp chức còn chưa được nghiên cứu nhiêu, bởi lẽ sô lượng của các axit nay rất lớn, khả năng tạo phức rất đa dạng (phức vòng, phức đơn nhân, phức da nhan.

Mặt khác phức chat của kim loại chuyển tiếp nói chung và phức chất của coban, niken, mangan, đồng với axit malic nói riêng thường có mau, độ nhạy cao nên được sử đụng nhiều trong hoá học phân tích vả nhiều ngành kĩ thuật. Vi vậy, việc nghiên cứu các phức chất trên không những có ý nghĩa về mat lý thuyết mà còn đem lại nhiều ứng dụng trong thực tiễn như: > Dùng làm chat tạo màu trong công nghiệp gốm sứ. : >» Giúp cho việc phân tích hợp kim va xác định các nguyên tô vi lượng trong sinh vật. Với mong muốn được góp phần vào việc nghiên cứu các phức chất tôi chọn luận văn này với mục đích: > Nghiên cứu sự tạo phức của coban, niken, đồng, mangan — axit malic, » Xác định công thức của các phức tổng hợp được.

> Khảo sát một số tính chất của phức tông hợp được. TS £24 Ohi Thein Trane § SVTH: Grin Hai Bana Rhao sát sự tạo phức cha mat số ion kìm logi wii axit Malic _——=—~~~~~—~—~—~—~———————————————————~~—~~~~—~~~~~~~~~~* GVHD: TS .Óê Dhi Thaiu Trane 6 SVTH: Grin Hai Bang Bhao sát sự tạo phức của một số ion kìm loại vai axit Malic 1.1 MOT SO PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHUC CHAT 1.1 Phuong pháp hóa học: Phương pháp hóa học được áp dụng để xác định thành phan của ion phức. Đầu tiên người ta dùng phép phân tích hoá học để xác định thành phan tổng cộng của phức tng hợp được, sau đó dựa trên việc nghiên cứu các phản ứng trao đôi giữa giữa phức chất với các thuốc thử khác nhau dé rút ra kết luận cần thiết cho việc xác định công thức của phức chât. Ví dụ: Muốn xác định thành phần và công thức muỗi Luteo, bằng phương pháp phân tích hoá học người ta đã biết rằng muối L.uteo có thành phần ứng với công thức kinh nghiệm CoCl;.

Nhưng khi pha muỗi này thành dung dịch rồi sau đó cho tác dụng với các thuốc thứ khác nhau: thử dung dịch với giây chỉ thị quỷ thì thấy dung dịch có phản ứng trung tính —+ vậy dung địch musi đó không thé có NH; tự do. Hơn nữa khi cho mudi đó tác dụng với kiểm thi không thấy NH; thoát ra, NH; chi thoát ra khi đun sôi muối đó, đồng thời từ lúc nay dung dich sẽ tách ra Co;O;. Phản ứng thử ion coban bằng $* cũng không thu được kết quả. Mặt khác khi cho AgNO; vao dung dịch thì thấy xuất hiện kết tủa trắng, lượng kết tủa này ứng đúng với tit cả clo có trong mudi.

Lọc bỏ kết tủa lấy nước lọc màu vàng cho bay hơi thì được tinh thể màu ving có thành phần Co(NO;);. Qua các kết qúa trên có thé kết luận rằng, trong hợp chất đang nghiên cứu không có amoniac và ion coban tự do, còn clo thì tồn tại ở dạng ion CT. Mặt khác khi cho muối trên tác dung với H;SO; đặc thì có khí HCI bay ra chứ không không có kết tủa muối Coban-sunfat. Điều đó chứng tỏ liên kết giữa coban và NH, không bị phá hủy.

Vậy công thức của mudi Luteo phải là Co(NHs3)¢-Cls.2 Phương pháp do độ dẫn điện: Phương pháp đo độ dẫn điện là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu phức chất, Vecne đã sử dụng phương pháp này để chứng minh cho thuyết phối trí của mình. Nguyên tắc của phương pháp là có thể xác lập một trị số trung bình mà độ dẫn điện phân tử của phức chất dao động xung quanh chúng. Độ dẫn điện phân tử là độ dẫn điện của dung dịch chứa một phần tử gam hợp chất, nêu ở độ pha loãng nhất định, lượng chất đó nằm giữa 2 điện cực cách nhau | cm. Độ dẫn điện phân tử được tính theo công thức : p= a.1000 a: độ dẫn điện của | cm’ dung địch V: thể tích trong đó hoa tan một phân tử gam hợp chat Độ dẫn điện phân tử cỏ thứ nguyên là: @ “em mof" CVUD- TS £4 Dh? Thin Trane 7 SVTH: Fran Wai Bana Rhio sát sự tao phức cia mat số ion kim loại uới axit Malic wee eee eee eee Chang hạn nếu lay một dung địch chứa một phân tử gam phức chat trong 1000 lit dung dich thi ở 25°C, những phức chất phân ly thành 2 ion sé cho độ dẫn điện gân 100, những phức chất phân ly thành 3, 4, 5 ion sẽ cho độ dẫn điện tương ứng khỏang 250, 400, 500, ; Sở di có được sự tương ứng đơn giản đó giữa kiêu phân ly của phức chat và đại lượng độ dẫn điện phân tử vì mọi định luật đặc trưng cho chất điện giải mạnh cũng được áp dụng cho phức chất.

Trong các dung địch loãng, các muối tan có thể coi như điện ly hoàn toàn cho nên độ dẫn điện phân tử của chúng là tổng số độ dẫn điện của các ion. Các ion có cùng hoá trị thì có độ dẫn điện gần bang nhau. Chính vi vậy mới thiết lập được mối quan hệ giữa độ dẫn điện phan tử với kiểu phân ly ion của mudi phức. Mối quan hệ nay cho phép ta giải quyết nhanh chóng sô ion do phức chat phân ly ra.

Vi dụ: Độ dẫn điện phân tử của dung dich phức {Co(NH;)„}C; là 401, điều đó phủ hợp với ion phân ly ra lả 4. Tuy nhiên, để giải thích đúng các kết quả thu được thì còn phải tính đến điện tích ion. Các trị sô chuân ở trên chỉ áp dụng cho các ion hoá trị I còn các ion khác có sự sai lệch. Ví dụ: Dung dich CdSO, tuy cũng phân ly thành 2 ion nhưng độ dẫn điện của nó bằng 268 (bằng tổng số độ dẫn điện của Cd”" và SO,”) Nếu dung dịch nước của phức chất có phan ứng axit hoặc kiểm thi can số hiệu chỉnh phần tham gia của các ion H’ và OH’ vao đại lượng độ dẫn điện chung.

Đối với ion H”, sô hiệu chính được tìm theo công thức: ‹_ [H']350 H - C: nông độ mol của phức chat 350: độ dẫn điện của ion H” ở 25°C Khi phức chất và dung môi có sự tương tác làm cho số lượng ion tăng lên thì cũng làm sai lệch độ điện so với quy luật nêu trên. Độ dẫn điện phân tử còn phụ thuộc vào bản chất của nguyên tử trung tâm và phối tử, liên kết hoá học càng có tính chất điện hóa trị thì độ din điện sẽ càng lớn. Dung lượng phối trí của phối tử cũng ảnh hưởng đến độ dẫn điện. Ngoài ra, độ dẫn điện còn phụ thuộc vào câu tạo của ion phức, độ dẫn điện của dong phân trans hau như không bị thay đổi theo thời gian va ở thời điểm ban đầu thường lớn hơn so với đồng phân cis một it.

Độ dẫn điện của đồng phân cis thường tăng lên theo thời gian do các phối tử bị thay thé một phan bởi các phân tử dung môi.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phương pháp phân tích nhiệt là phương pháp rất thuận lợi để nghiên cứu các tính chat của phức. Dựa vảo hiệu ứng nhiệt có thé nghiên cứu những quá trình phat sinh ra khi đun nông hoặc lam nguội chất. Đối với mục địch nay, hiện nay GVHD: TS .Gê Dhi Fhiia Trang 8 SVTH: Dein Wai Bang Bhao sát sự tạo phức của một số ion kìm loại di axit Malic người ta sử dụng thiết bị Deriv atograph — là thiết bị phân tích nhiệt hiện đại. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này va cách thu giản đô nhiệt được mô tả ở tải Jiệu [6].