Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về nguyên tố chì. Vị trí, cấu tạo và tính chất của chì [1], [16]. Chì là nguyên tố ở ô thứ 82 trong hệ thống tuần hoàn.
Sau đây là một số thông số về chì. Ký hiệu: Pb Số thứ tự: 82 Khối lượng nguyên tử: 207,2 dvc Cấu hình electron: [Xe] 4f145d106s26p2 Bán kính ion: 1,26A0 Độ âm điện (theo paoling): 2,33 Thế điện cực tiêu chuẩn E 0 pb pb = -0,126V. 2 Năng lượng ion hoá: Mức năng lượng ion hoá I1 I2 I3 I4 I5 I6 Năng lượng ion hoá 7.7 84 Từ giá trị I3 đến giá trị I4 có giá trị tương đối lớn, từ giá trị I5 đến I6 có giá trị rất lớn do đó chì tồn tại ở số ôxi hóa : +2 và +4. Tính chất vật lý [1],[16].
Chì là kim loại màu xám thẫm , khá mềm dễ bị dát mỏng. Nhiệt dộ nóng chảy: 327,460C. Khối lượng riêng: 11,34 g/cm3 Chì và các hợp kim của nó đều độc và nguy hiểm do tính tích luỹ của nó, nên khó giải độc khi bị nhiễm độc lâu dài. Chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Tính chất hoá học [1], [16]. Tác dụng với các nguyên tố không kim loại: 2Pb+ O2 = 2PbO Pb + X2 = PbX2 Tác dụng với nước khi có mặt oxy: 2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2 Tác dụng yếu với các axit HCl và axit H2SO4 nồng độ dưới 80% vì tạo lớp muối PbCl2 và PbSO4 khó tan. Khi các axit trên ở nồng độ đặc hơn thì có phản ứng do lớp muối đã bị hoà tan: PbCl2 + 2HCl = H2 PbCl4 PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 Với axit HNO3 tương tác tương tự như những kim loại khác.
Khi có mặt oxy có thể tương tác với nước hoặc axit hữu cơ: 2Pb + 2H2O + O2 = 2 Pb(OH)2 2Pb + 6 CH3COOH + 3 O2 = 2 (CH3COO)2Pb + 10 H2O Tác dụng với dung dịch kiềm nóng: Pb + 2 KOH + 2H2O = K2 [Pb(OH)4 ] + H2 1. Các khoáng vật trong tự nhiên của chì. Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất. Chì tồn tại ở các trạng thái oxy hoá 0, +2 và +4, trong đó muối chì có hoá trị 2 là hay gặp nhất và có độ bền cao nhất.
Trong tự nhiên, tồn tại các loại quặng galenit (PbS), Cesurit (PbCO3) và anglesit (PbSO4). Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm, ngoài ra còn phụ thuộc vào yếu tố khác như: độ muối (hàm lượng iôn khác nhau) của nước, điều kiện oxy hoá- khử v.v…Chì trong nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 4 chiếm tỷ lệ khiêm tốn, chủ yếu là từ đường ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Trong khí quyển chì tương đối giàu hơn so với các kim loại nặng khác.
Nguồn chính của chì phân tán trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên liệu phù hợp chất của chì làm tăng chỉ số octan thêm vào dưới dạng Pb(CH3)4 và Pb(C2H5)4. Cùng với các chất gây ô nhiễm khác, chì được loại khỏi khí quyển do quá trình sa lắng khô và ướt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên đường ngày càng giàu chì với nồng độ điển hìmh cỡ vào khoảng 1000 - 4000 mg/kg ở những thành phố náo nhiệt. Tác dụng sinh hóa của chì.
Phần lớn người dân trong thành phố hấp thụ chì từ ăn uống 200 - 3000μg Pb/ ngày, nước và không khí cung cấp thêm 10 - 15μg Pb/ ngày [7]. Tổng số chì hấp thụ này, có khoảng 200μg chì được thải ra, còn khoảng 25μg chì được giữ lại trong xương mỗi ngày. Lượng chì bị hấp thụ vào cơ thể mỗi ngày: Lƣợng chì Vào ngƣời Bài tiết Nguồn hấp thụ (μgPb/ngày) (μgPb/ngày) (μgPb/ngày) Không khí 10 25 (tích tụ Nước (dạng hoà tan hoặc phức) 15 200 trong xương) Thực phẩm (dạng phức) 200 Tác dụng sinh hoá chủ yếu của chì là tác động của nó tới sự tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu do sự tích luỹ của các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất.
Hợp chất trung gian kiểu này là delta- amino levunilic axit (ALA- đehyase). Một pha quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hoá delta- amino levunilic axit thành porphobiliogen. Chì ức chế ALA-dehdrase enzym, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 5 do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porphobiliogen không thể xảy ra. Kết quả là phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu như Cytochromes.
Chì cũng cản trở việc sử dụng oxy và glucoza để sản sinh năng lượng cho quá trình sống. Sự cản trở này có thể nhìn thấy khi nồng độ chì trong máu nằm khoảng 0,3ppm. Nếu hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 - 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Dạng tồn tại của chì trong nước là dạng có hoá trị 2.
Với nồng độ các vi sinh vật bậc thấp trong nước và nếu nồng độ đạt tới 0,5mg/lít thì kìm hãm quá trình oxy hoá amoniac thành nitrat (nitrifi cation). Cũng như phần lớn các kim loại nặng, chì được tích tụ lại trong cơ thể thực vật sống trong nước. Với các loại thực vật bậc cao, hệ số làm giàu có thể lên tới 100 lần, ở bèo có thể đạt tới trên 46000 lần. Các vi sinh vật bậc thấp bị ảnh hưởng xấu ngay cả ở nồng độ 1 - 30 μg/l.
Xương là nơi tàng trữ tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tương tác cùng với phốt phát trong xương và thể hiện tính độc hại khi truyền vào các mô mềm của cơ thể. Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hoá, hô hấp. Người bị nhiễm độc chì sẽ mắc một số bệnh như thiếu máu, đau đầu sưng khớp chóng mặt.
Chính vì tác hại nguy hiểm của chì đối với con người như vậy nên các nước trên thế giới đều có quy định chặt chẽ về hàm lượng chì tối đa cho phép có trong nước mặt không vượt quá 1mg/l (TCVN: 3942 - 1995) [15], [27]. Ứng dụng của chì. Chì được sử dụng để chế tạo pin, ăcquy chì - axit và hợp kim. Hợp chất hữu cơ Pb(CH3)4; Pb(C2H5)4 được sử dụng rất nhiều làm chất phụ gia cho xăng và dầu bôi trơn, tuy nhiên xu hướng hiện nay là hạn chế và loại bỏ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 6 Trong kỹ thuật hiện đại chì được ứng dụng làm vỏ bọc dây cáp, que hàn. Trước đây cùng với stibi và thiếc, chì được chế tạo làm hợp kim chữ in để tạo nên những con chữ, nên đã gây nên hiện tượng nhiễm độc chì đối với các công nhân trong ngành máy in. Tuy nhiên, hiện nay bằng công nghệ in mới đã hoàn toàn loại bỏ được hiện tượng này. Một lượng nhỏ của chì khi cho vào trong quá trình nấu thuỷ tinh sẽ thu được loại vật liệu có thẩm mỹ cao, đó là pha lê.
Trong y học, chì được sử dụng làm thuốc giảm đau, làm ăn da và chống viêm nhiễm. Khả năng tạo phức của Pb2+. Sự tạo phức của Chì với thuốc thử Đithizon. Thuốc thử: Điphenylthiocacbazon (Đithizon), là thuốc thử truyền thống được sử dụng rất rộng rãi để xác định lượng vết chì một cách chắc chắn dựa vào phản ứng với đithizon [33].
Mặc dù phức chì - đithizon cho ta một phương pháp khá nhạy (ở λ = 520 nm, hệ số hấp thụ mol phân tử ε = 65 000), nhưng điều kiện không thuận lợi là sự quang hoá dung dịch đithizon và phức không tan được trong nước. Để định lượng chì trong nước [28] đã chiết phức chì đithizonat bằng CCl4 ở pH = 8 - 9 với một lượng dư xianua để che nhiều kim loại khác cùng bị chiết xuất với chì. Nồng độ cực tiểu có thể bị phát hiện là 1,0μg/10ml dung dịch chì – đithizon [6]. Sự tạo phức của chì với thuốc thử 1-(2-pyridilazo)- 2- naphtol (PAN).
Các tác giả [17] cho rằng có thể định lượng chì bằng 1-(2-pyridilazo)- 2- naphtol với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt không điện li bằng phương pháp trắc quang. Điều kiện tối ưu để xác định chì dựa vào phản ứng của phức Pb(II)- PAN với sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt không điện li (polioxietyleneoylphenol) là pH = 9 (Na2B4O7 - HClO4) với 5% chất hoạt động bề mặt và được đo ở bước sóng 555nm. Tại bước sóng này khoảng nồng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 7 độ tuân theo định luật bia được xác định từ 1,3 - 4,5 ppm và hệ số hấp thụ mol phân tử là 20200 L/mol. Kết quả định lượng thu được có độ lệch chuẩn tương đối là 0,9% và giới hạn phát hiện là 0,12ppm.
Sự tạo phức của chì với thuốc thử 1-(2- thiazolylazo)- 2- naphtol [35] Phản ứng với Pb2+ trong môi trường axit yếu (pH = 6,1 - 6,7) tạo thành một hợp phức càng cua màu nâu đỏ đậm trong hỗn hợp metylic - nước. Chính trên cơ sở màu này mà tác giả cho rằng có thể dùng 1-(2-thiazolylazo) - 2 naphtol để định lượng chì bằng phương pháp trắc quang. Phức chất giữa chúng được hình thành theo tỷ lệ 1:1, và có cực đại hấp thụ tại 578nm- 580nm trong dung dịch có chứa 40% CH3OH và bền trong 36 giờ. Tại cực đại hấp thụ khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer là 0,2 - 0,6 μg/ml, hằng số bền của phức lgK = 5,30 và hệ số hấp thụ mol phân tử là 17000 l/mol.
Độ nhạy Xenđen là 0,012 μg/cm2 với nồng độ hấp thụ nhỏ nhất là 0,0001. Kết quả thu được có độ lệch chuẩn tương đối là 60,65% và sai số tương đối là 61,08%. Phương pháp này được dùng để xác định chì trong hợp kim. Sự tạo phức của chì với thuốc thử 6,6 “dimetyl-2,2’:6’,2” - terirpiriddin [36].
Khi cho chì phản ứng với thuốc thử sẽ tạo phức theo tỷ lệ 3: 4 trong môi trường đệm axetat ở pH = 5,0 - 6,0, phức hấp thụ cực đại ở bước sóng 375nm, hệ số hấp thụ mol phân tử là 57100 L/mol.cm và khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer là từ 0 - 25mg/25ml. Có thể che Fe3+ bằng NaF và tách Cr(IV) trao đổi ion. Phương pháp này được dùng để xác định lượng rất nhỏ Pb trong Cu tinh khiết với độ lệch chuẩn tương đối là 3,83%. Sự tạo phức của chì với Xilen da cam.