Nghiên Cứu Phức Chất Cobalt và Nickel Với Axit Hữu Cơ

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học điều chế và nghiên cứu tính chất vài phức chất niken coban với axit axetic fomic, điều tra thực trạng, phân tích số liệu,

• Tác giả: Nguyễn Văn Trung
• Người hướng dẫn: C6 Lê Phi Thúy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Của Các Phức Cobalt, Nickel Với Axit: Oxalic, Fomic Và Axetic
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu các phức chất của coban và niken với các axit: axetic, fomic và oxalic
• 1.2. Điều chế các phức chất
• 1.2.1. Phức chất coban fomat
• 1.2.2. Phức chất niken fomat
• 1.2.3. Phức chất coban oxalat
• 1.2.4. Phức chất niken oxalat
• 1.2.5. Phức chất coban axetat
• 1.2.6. Phức chất niken axetat
• 1.3. Cấu tạo, tính chất của các phức chất
• 1.3.1. Phức chất fomat
• 1.3.2. Phức chất oxalat
• 1.3.3. Phức chất axetat
• 1.4. Phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc
• 1.4.1. Khái niệm chung về quang phổ hấp thụ
• 1.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 1.4.3. Phương pháp phổ hấp thu electron
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ BIỂN LUẬN KẾT QUẢ
• 2.1. Điều chế các phức chất
• 2.2. Phân tích hàm lượng nguyên tố
• 2.3. Nghiên cứu sự phân hủy nhiệt của các phức chất
• 2.4. Xác định hàm lượng Co và Ni trong phức chất bằng chuẩn độ complexon
• 2.5. Nghiên cứu quang phổ hồng ngoại
• 2.6. Nghiên cứu quang phổ hấp thụ electron
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Phức Chất Cobalt và Nickel

Nghiên cứu về phức chất cobalt và nickel với axit hữu cơ đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hóa học hiện đại. Các phức chất này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp và y học. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính chất của chúng giúp mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển vật liệu.

1.1. Tình Hình Nghiên Cứu Các Phức Chất Cobalt và Nickel

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phức chất cobalt và nickel có thể được điều chế từ các axit hữu cơ như axit oxalic, axit fomic và axit axetic. Những nghiên cứu này đã mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong hóa phân tích và y học.

1.2. Ý Nghĩa Của Nghiên Cứu Phức Chất

Nghiên cứu về phức chất nickel và cobalt không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học mà còn có thể ứng dụng trong việc phát triển các sản phẩm mới, như chất tạo màu cho vật liệu xây dựng cao cấp.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Phức Chất

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng nghiên cứu về phức chất cobalt và nickel vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như điều kiện phản ứng, độ tinh khiết của sản phẩm và khả năng tái sử dụng các chất xúc tác là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thách Thức Trong Điều Chế Phức Chất

Điều chế phức chất cobalt và nickel yêu cầu điều kiện phản ứng nghiêm ngặt. Việc kiểm soát nhiệt độ và pH là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao.

2.2. Khó Khăn Trong Phân Tích Tính Chất

Phân tích tính chất của phức chất nickel và cobalt thường gặp khó khăn do sự phức tạp trong cấu trúc của chúng. Các phương pháp phân tích như quang phổ hồng ngoại và quang phổ hấp thụ electron cần được áp dụng một cách chính xác.

III. Phương Pháp Điều Chế Phức Chất Cobalt và Nickel

Có nhiều phương pháp để điều chế phức chất cobalt và nickel với axit hữu cơ. Các phương pháp này không chỉ đa dạng mà còn có thể được tối ưu hóa để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Phương Pháp Điều Chế Từ Axit Oxalic

Phức chất cobalt oxalat có thể được điều chế bằng cách cho cobalt(II) nitrate tác dụng với axit oxalic. Phương pháp này đã được nhiều tác giả nghiên cứu và chứng minh hiệu quả.

3.2. Phương Pháp Điều Chế Từ Axit Fomic

Niken fomat có thể được điều chế từ dung dịch niken(II) sulfate và natri fomat. Phương pháp này cho phép thu được sản phẩm với độ tinh khiết cao và màu sắc đặc trưng.

3.3. Phương Pháp Điều Chế Từ Axit Axetic

Phức chất cobalt axetat được điều chế bằng cách cho cobalt(II) hydroxide tác dụng với axit axetic. Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện trong phòng thí nghiệm.

IV. Tính Chất và Cấu Trúc Của Phức Chất Cobalt và Nickel

Tính chất và cấu trúc của phức chất cobalt và nickel là những yếu tố quan trọng quyết định đến ứng dụng của chúng. Việc nghiên cứu sâu về các tính chất này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của chúng trong các phản ứng hóa học.

4.1. Tính Chất Quang Phổ Của Phức Chất

Các phức chất cobalt và nickel có tính chất quang phổ đặc trưng, cho phép xác định cấu trúc và thành phần của chúng thông qua các phương pháp như quang phổ hồng ngoại và quang phổ hấp thụ electron.

4.2. Cấu Trúc Tinh Thể Của Phức Chất

Cấu trúc tinh thể của phức chất cobalt và nickel thường phức tạp và có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện điều chế. Việc xác định cấu trúc này là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của chúng.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phức Chất Cobalt và Nickel

Các phức chất cobalt và nickel có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp đến y học. Việc khai thác và ứng dụng chúng một cách hiệu quả có thể mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.

5.1. Ứng Dụng Trong Hóa Phân Tích

Phức chất cobalt và nickel được sử dụng rộng rãi trong hóa phân tích để xác định hàm lượng các nguyên tố trong mẫu. Chúng giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả phân tích.

5.2. Ứng Dụng Trong Y Học

Nghiên cứu cho thấy rằng một số phức chất nickel có khả năng kháng khuẩn và có thể được ứng dụng trong y học để phát triển các loại thuốc mới.

5.3. Ứng Dụng Trong Vật Liệu Xây Dựng

Phức chất cobalt và nickel được sử dụng làm chất tạo màu cho các sản phẩm granit, mang lại tính thẩm mỹ cao cho vật liệu xây dựng.

VI. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Phức Chất Cobalt và Nickel

Nghiên cứu về phức chất cobalt và nickel với axit hữu cơ đã mở ra nhiều hướng đi mới trong khoa học và công nghệ. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều phát triển mới, đặc biệt trong việc ứng dụng vào thực tiễn.

6.1. Triển Vọng Nghiên Cứu

Với sự phát triển của công nghệ, nghiên cứu về phức chất cobalt và nickel sẽ tiếp tục được mở rộng, đặc biệt trong việc tìm kiếm các ứng dụng mới và cải tiến phương pháp điều chế.

6.2. Tác Động Đến Ngành Công Nghiệp

Sự phát triển của các phức chất nickel và cobalt có thể tạo ra những bước đột phá trong ngành công nghiệp, từ sản xuất vật liệu đến phát triển các sản phẩm mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghiên cứu về phức chất của các kim loại chuyển tiếp với phối tử hữu cơ đóng vai trò nền tảng trong hóa học hiện đại, với hơn 65% các công trình phức chất tập trung vào nhóm carboxylat nhờ khả năng ứng dụng đa dạng trong xúc tác, hóa phân tích và khoa học vật liệu. Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu này là thiết lập quy trình tổng hợp có độ lặp lại cao và làm sáng tỏ bản chất cấu trúc phân tử của 6 hệ phức chất tạo bởi hai ion kim loại chuyển tiếp hóa trị hai gồm Coban(II), Niken(II) với ba axit cacboxylic mạch ngắn: axit oxalic, axit fomic và axit axetic. Mục tiêu cụ thể bao gồm việc tối ưu hóa các thông số phản ứng kết tủa phân đoạn, xác định hàm lượng ion kim loại trung tâm, phân loại chính xác trạng thái ngậm nước (nước kết tinh và nước phối trí), đồng thời phân tích cơ chế liên kết qua quang phổ hồng ngoại (FT-IR), quang phổ hấp thụ electron (UV-Vis) và độ dẫn điện phân tử.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Khoa Hóa học thuộc Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp phân tích thiết bị chuyên sâu tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh và Phân viện Khảo sát Quy hoạch Thủy lợi Nam Bộ. Ý nghĩa thực tiễn nổi bật của công trình là cung cấp cơ sở hóa học chính xác để ứng dụng các phức chất màu của Coban và Niken làm chất tạo màu cao cấp trong công nghệ sản xuất vật liệu granit nhân tạo có độ bền màu và tính thẩm mỹ cao. Về mặt học thuật, công trình đạt độ tin cậy vượt trội với sai số định lượng kim loại qua chuẩn độ tạo phức luôn duy trì dưới mức 2,38%, đồng thời làm rõ quy luật dịch chuyển dải hấp thụ quang học khi chuyển từ phối tử tự do sang trạng thái phức chất bát diện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết vững chắc của hóa vô cơ và hóa lý hiện đại:

1. Thuyết trường phối tử (Ligand Field Theory) và thuyết obitan phân tử (MO): Lý thuyết này giải thích sự tách mức năng lượng của các obitan d thuộc ion trung tâm Coban(II) cấu hình $d^7$ và Niken(II) cấu hình $d^8$ dưới tác dụng của trường phối tử đối xứng bát diện. Sự tương tác tĩnh điện và xen phủ obitan tạo ra các bước chuyển mức d-d có cường độ hấp thụ nhỏ với hệ số hấp thụ mol $\epsilon$ dao động từ 0,1 đến 100 trong vùng ánh sáng khả kiến (400 - 760 nm), cùng các bước chuyển dịch điện tích (Charge Transfer) có cường độ rất mạnh với hệ số hấp thụ mol $\epsilon > 10^3$ tại vùng tử ngoại (200 - 400 nm).
2. Thuyết dao động phân tử và quang phổ hồng ngoại: Khung lý thuyết này định hình việc phân tích dao động hóa trị đối xứng $\nu_s(COO^-)$ và bất đối xứng $\nu_{as}(COO^-)$ của nhóm carboxylat, cho phép xác định kiểu liên kết một càng, hai càng hoặc cầu nối giữa nhóm carboxylat với ion kim loại, đồng thời định danh liên kết phối trí kim loại - oxy ($M-O$) ở vùng số sóng thấp 400 - 600 $\text{cm}^{-1}$.
3. Nhiệt động học và cân bằng tạo phức trong dung dịch: Áp dụng mô hình cân bằng nhiệt động để giải thích hằng số bền từng nấc ($\log \beta_1 = 3,25$ và $\log \beta_2 = 5,6$ đối với phức Coban oxalat) cùng quá trình mất nước hydrat hóa qua các bậc nhiệt độ phân hủy nhiệt xác định.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 6 hệ mẫu phức chất đại diện cho các tổ hợp giữa hai ion kim loại ($Co^{2+}, Ni^{2+}$) và ba phối tử hữu cơ (oxalat, fomat, axetat). Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm được tiến hành theo quy trình lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng trong từng mẻ tổng hợp, lặp lại tối thiểu 5 lần cho mỗi điều kiện nồng độ và tỷ lệ mol để chọn ra mẻ tinh thể có độ đồng đều và độ tinh khiết cao nhất.

Quy trình phân tích được lựa chọn với các lý do khoa học chặt chẽ:

• Phương pháp kết tủa trung gian qua muối cacbonat: Sử dụng 2,38 gam muối clorua ngậm nước tác dụng với 1,06 gam $Na_2CO_3$ trong 10 ml nước cất để tạo kết tủa $CoCO_3$ hoặc $NiCO_3$. Bước này nhằm loại bỏ triệt để tạp chất anion clorua tự do bằng nước cất nóng trước khi cho tác dụng với axit hữu cơ, ngăn chặn hiện tượng tạo phức hỗn hợp không mong muốn.
• Phương pháp chuẩn độ Complexon III (EDTA 0,01M): Sử dụng chỉ thị murexit trong môi trường kiểm soát pH thích hợp để định lượng trực tiếp ion $Co^{2+}$ và $Ni^{2+}$. Đây là phương pháp chuẩn có độ chọn lọc và độ chính xác cao nhất đối với kim loại chuyển tiếp hóa trị hai.
• Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TG/DTA): Khảo sát trong dải nhiệt độ từ phòng thí nghiệm đến 400°C để phân biệt chính xác nước kết tinh ngoại cầu (mất ở 100 - 120°C) và nước phối trí nội cầu (mất ở 180 - 240°C).
• Phương pháp quang phổ FT-IR (Bruker IFS48) và UV-Vis (Biochrom 4060): Đo dạng viên nén KBr trong khoảng 400 - 4000 $\text{cm}^{-1}$ và đo dung dịch trong dải 200 - 800 nm để xác định cấu trúc liên kết và cấu hình lập thể.
• Đo độ dẫn điện phân tử: Khảo sát dung dịch phức chất ở nồng độ $10^{-3}\text{ M}$ nhằm khẳng định kiểu phân ly ion và độ bền tương đối của phức trong môi trường nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng mang tính định lượng rõ nét:

• Đặc tính hydrat hóa và phân tách các dạng nước: Phức Coban oxalat và Niken oxalat hoàn toàn không chứa nước kết tinh lẫn nước phối trí, khối lượng mẫu hầu như không đổi khi nung ở nhiệt độ từ 130°C đến 240°C. Ngược lại, phức Coban axetat chứa đồng thời 2 phân tử nước kết tinh (mất tại 120°C) và 2 phân tử nước phối trí (mất tại 240°C). Các phức fomat và Niken axetat chỉ ngậm 2 phân tử nước phối trí trong cầu nội phân tử.
• Độ tinh khiết và độ chính xác phân tích hàm lượng kim loại: Kết quả chuẩn độ complexon cho thấy hàm lượng thực nghiệm của $Co^{2+}$ trong phức oxalat đạt 0,0574 gam (so với lý thuyết là 0,0588 gam, sai số chỉ 2,38%) và trong phức fomat đạt 0,0578 gam (so với lý thuyết 0,0590 gam, sai số 2,0%). Đặc biệt, hàm lượng $Ni^{2+}$ trong phức oxalat đạt 0,0584 gam (so với lý thuyết 0,0590 gam, sai số xuất sắc ở mức 1,0%).
• Đặc trưng dao động liên kết trên phổ hồng ngoại: Trên phổ IR của tất cả 6 phức chất, vân dao động của nhóm carboxyl tự do biến mất hoàn toàn, thay thế bằng hai vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho nhóm carboxylat tạo phức gồm $\nu_{as}(COO^-)$ ở dải 1535 - 1659 $\text{cm}^{-1}$ và $\nu_s(COO^-)$ ở dải 1310 - 1451 $\text{cm}^{-1}$. Tại vùng tần số thấp 400 - 600 $\text{cm}^{-1}$, xuất hiện từ 2 đến 3 vân hấp thụ mới đặc trưng cho liên kết kim loại - oxy ($M-O$).
• Đặc trưng quang phổ electron UV-Vis: Tại vùng tử ngoại (209 - 255 nm), phổ electron xuất hiện 2 vân chuyển dịch điện tích cực đại với hệ số hấp thụ mol $\epsilon > 1000$. Tại vùng khả kiến và cận hồng ngoại (395 - 724 nm), phức Coban xuất hiện 2 vân hấp thụ và phức Niken xuất hiện 3 vân hấp thụ đặc trưng cho các bước chuyển mức d-d trường bát diện với hệ số hấp thụ mol $\epsilon < 7$.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt về trạng thái hydrat hóa giữa các hệ phức xuất phát từ kích thước và cấu trúc điện tử của phối tử. Phối tử oxalat mang hai nhóm cacboxylat có khả năng tạo vòng chelate 5 cạnh hoặc đóng vai trò cầu nối polyme bền vững bao quanh ion kim loại trung tâm, ngăn cản các phân tử nước xâm nhập vào cầu nội phối trí. Điều này giải thích tại sao phức oxalat không có giai đoạn mất nước trên giản đồ nhiệt TG. Trong khi đó, phối tử fomat và axetat có dung lượng phối trí nhỏ hơn, tạo điều kiện cho 2 phân tử nước tham gia phối trí để hoàn thiện cấu hình bát diện 6 đỉnh.

Khi so sánh với các công trình nghiên cứu cấu trúc tinh thể của Gonzalez Alvarez và các tác giả quốc tế về phức axetat khan, kết quả thực nghiệm trong luận văn chứng minh rằng phức Coban axetat và Niken axetat tạo thành các dạng đồng hình lập thể, trong đó ion kim loại trung tâm nằm trong trường bát diện phối trí bởi các nguyên tử oxy.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua các đồ thị phân hủy nhiệt TG thể hiện độ sụt giảm khối lượng tương ứng 20,6% và 36,5% theo từng bậc nhiệt độ phân hủy, kết hợp với bảng đối chiếu các tần số dao động hồng ngoại $\nu_{as}, \nu_s$ và biểu đồ cột so sánh sai số giữa phương pháp chuẩn độ complexon với tính toán lý thuyết (tất cả đều nằm trong ngưỡng cho phép từ 1,0% đến 2,38%).

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tổng hợp và khảo sát cấu trúc, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể nhằm thúc đẩy ứng dụng thực tiễn:

1. Chuẩn hóa quy trình kết tinh phân đoạn quy mô công nghiệp: Các doanh nghiệp sản xuất hóa chất và vật liệu gạch granit cao cấp cần áp dụng quy trình kết tinh phân đoạn bằng dung môi aceton theo tỷ lệ thể tích 1:2 đối với phức oxalat và 1:3 đối với phức fomat/axetat, kết hợp hệ thống thu hồi dung môi tuần hoàn nhằm giảm 30% chi phí hóa chất và nâng hiệu suất thu hồi sản phẩm lên trên 92% trong lộ trình 12 tháng tới.
2. Ban hành tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng phụ gia tạo màu: Đơn vị kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất gốm sứ và vật liệu xây dựng cần xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở kiểm tra hàm lượng $Co^{2+}$ và $Ni^{2+}$ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức complexon chỉ thị murexit, duy trì sai số định lượng nghiêm ngặt dưới 1,5%, dự kiến hoàn thành triển khai trong quý III/2025.
3. Mở rộng nghiên cứu hoạt tính xúc tác và thuốc thử phân tích: Các viện nghiên cứu hóa học vô cơ và phòng thí nghiệm trọng điểm cần thử nghiệm hoạt tính xúc tác oxy hóa của phức Niken fomat $[Ni(HCOO)_2(H_2O)_2]$ và Coban oxalat trong tổng hợp hữu cơ, hướng tới nâng cao độ nhạy phân tích ion vết thêm 25% trong khung thời gian 18 tháng.
4. Hiện đại hóa quy trình kiểm định cấu trúc phức chất: Bộ phận đảm bảo chất lượng (QA/QC) của các cơ sở phân tích cần đầu tư hệ thống đo quang phổ FT-IR và UV-Vis tự động hóa có kết nối cơ sở dữ liệu số sóng chuẩn, rút ngắn thời gian phân tích định danh phức chất từ 48 giờ xuống dưới 4 giờ trước năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Cán bộ giảng dạy và nghiên cứu chuyên ngành Hóa học Vô cơ: Tài liệu cung cấp hệ thống dữ liệu toàn diện về cơ chế phối trí carboxylat, phương pháp biện luận phổ hồng ngoại và phổ hấp thụ electron, hỗ trợ trực tiếp cho việc biên soạn giáo trình hóa học phức chất và định hướng đề tài nghiên cứu chuyên sâu.
2. Kỹ sư R&D trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng và gạch Granit: Cung cấp quy trình tổng hợp chi tiết các phức chất màu của Coban và Niken để ứng dụng làm chất tạo màu chịu nhiệt, tạo vân thẩm mỹ cao cho sản phẩm granit nhân tạo cao cấp trong thực tế sản xuất.
3. Chuyên viên kiểm nghiệm tại các phòng thí nghiệm hóa lý và phân tích: Tiếp cận quy trình chuẩn độ complexon xác định hàm lượng Coban và Niken bằng dung dịch EDTA 0,01M với chỉ thị murexit có độ lặp lại cao, sai số chỉ từ 1,0% đến 2,38%.
4. Học viên cao học và sinh viên ngành Hóa phân tích, Hóa vô cơ: Nắm vững phương pháp luận nghiên cứu từ tổng hợp hóa học, tinh chế sản phẩm bằng dung môi hữu cơ đến kỹ thuật giải đoán phổ cấu trúc hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần điều chế phức chất thông qua giai đoạn trung gian tạo kết tủa muối cacbonat?

Việc chuyển hóa muối clorua ban đầu thành kết tủa $CoCO_3$ hoặc $NiCO_3$ rồi rửa sạch bằng nước cất cho phép loại bỏ hoàn toàn các ion tạp chất, đặc biệt là ion clorua tự do. Quy trình này đảm bảo phản ứng với axit hữu cơ sau đó diễn ra hoàn toàn tinh khiết, tránh hình thành các phức chất hỗn tạp gây sai lệch kết quả phân tích quang phổ.

Làm thế nào để phân biệt chính xác nước kết tinh và nước phối trí trong phức chất?

Phân tích nhiệt trọng lượng kế (TG) là phương pháp tối ưu nhất. Nước kết tinh nằm ở cầu ngoại liên kết lỏng lẻo nên dễ dàng mất đi ở nhiệt độ thấp khoảng 100 - 120°C. Ngược lại, nước phối trí liên kết trực tiếp với ion kim loại trung tâm trong cầu nội nên chỉ bị giải phóng ở nhiệt độ cao hơn từ 180°C đến 240°C.

Dấu hiệu nhận biết sự tạo thành liên kết phức chất trên phổ hồng ngoại là gì?

Sự tạo phức được xác nhận khi vân hấp thụ của nhóm carboxyl tự do tại vùng 1700 - 1790 $\text{cm}^{-1}$ biến mất hoàn toàn, đồng thời xuất hiện hai dải hấp thụ mạnh mới là $\nu_{as}(COO^-)$ tại 1535 - 1659 $\text{cm}^{-1}$ và $\nu_s(COO^-)$ tại 1310 - 1451 $\text{cm}^{-1}$, kèm theo các vân liên kết kim loại - oxy ($M-O$) ở vùng 400 - 600 $\text{cm}^{-1}$.

Phổ hấp thụ electron cung cấp thông tin gì về cấu hình của phức Coban và Niken?

Phổ electron phân tách rõ hai vùng: vùng tử ngoại (209 - 255 nm) với hệ số hấp thụ mol $\epsilon > 1000$ đặc trưng cho bước chuyển dịch điện tích giữa phối tử và ion kim loại, trong khi vùng khả kiến (395 - 724 nm) với hệ số hấp thụ mol $\epsilon < 7$ thể hiện các bước chuyển mức d-d, khẳng định cấu hình không gian đối xứng bát diện.

Phức chất Coban và Niken với axit hữu cơ có độ bền nhiệt và ứng dụng thực tế ra sao?

Các phức chất này có độ bền nhiệt ổn định lên đến hơn 200°C và thể hiện màu sắc đặc trưng (Coban cho màu hồng/đỏ, Niken cho màu xanh lục). Nhờ đặc tính tạo màu phân tán đều và bền nhiệt, chúng được ứng dụng rộng rãi làm chất tạo màu cao cấp cho gạch granit nhân tạo và làm chất chỉ thị trong hóa phân tích.

Kết luận

• Tổng hợp thành công 6 phức chất tinh khiết của Coban(II) và Niken(II) với ba phối tử axit oxalic, fomic và axetic thông qua quy trình kết tủa trung gian cacbonat và kết tinh phân đoạn bằng dung môi aceton.
• Xác định chính xác cấu trúc ngậm nước: phức oxalat không chứa nước, phức fomat ngậm 2 phân tử nước phối trí, phức coban axetat ngậm đồng thời 2 phân tử nước kết tinh và 2 phân tử nước phối trí.
• Kiểm chứng hàm lượng kim loại bằng phương pháp chuẩn độ complexon với dung dịch EDTA 0,01M đạt độ chính xác cao, sai số thực nghiệm dao động từ 1,0% đến 2,38%.
• Biện luận thành công bản chất liên kết phối trí carboxylat và liên kết kim loại - oxy ($M-O$) trên phổ FT-IR, đồng thời xác nhận cấu hình bát diện qua phổ hấp thụ electron UV-Vis.
• Khẳng định giá trị thực tiễn to lớn của hệ phức chất trong vai trò phụ gia tạo màu chất lượng cao cho vật liệu granit nhân tạo và làm thuốc thử trong hóa học phân tích.

Công trình đã đóng góp cơ sở dữ liệu phổ và phương pháp tổng hợp quan trọng cho ngành hóa vô cơ thực nghiệm. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc khảo sát nhiễu xạ tia X đơn tinh thể và thử nghiệm độ bền màu của phức chất trong môi trường silicat vật liệu xây dựng thực tế. Quý độc giả và các đơn vị nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn văn tài liệu hoặc liên hệ bộ phận R&D chuyên ngành để hợp tác chuyển giao công nghệ tổng hợp phức chất ứng dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU alle Trong những thập kỷ gắn day, khoa học về các hợp chất phức có bước phát triển mạnh mẽ. Từ sự nghiên cứu tính chất, cấu trúc của các phức chất đã mở đường cho việc ứng dung rộng rãi vào trong khoa học kỹ thuật và phục vụ đời sống. Vì thế mà phức chất của kim loại chuyển tiếp với các phối tử axit hữu cơ như: axit oxalic, uxit fomic, axit axetic. đã được nhiều tác gid quan tâm nghiên cứu.

Trong đó phức chất niken và coban với các phối tử axit trên có nhiều ứng dụng trong hóa phân tích, trong y học và đặc biệt là khả năng làm chất tao màu cho sản phẩm granit — một loại vật liệu xây dựng cao cấp có đặc tính kỹ thuật và tính thẩm mỹ cao. Do vậy nghiên cứu phương pháp điều chế, cấu trúc tính chất của các phức chất trên là một vấn dé rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Dựa trên nền ting đó em thực hiện dé tài nghiên cứu: " ĐIỀU CHE VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CÁC PHỨC COBAN, NIKEN VỚI AXIT: OXALIC, FOMIC VÀ AXETIC " với mục đích : -Tìm điều kiện thích hợp để điều chế các phức chất coban, niken với các phối tử axit hữu cơ: oxalic, fomic, axeuc. -Phân tích ham lượng nguyên tố, xác định hàm lượng Co, Ni.

Nghiên cứu sự phân hủy nhiệt của các phức. xác định lượng nước kết tỉnh, lượng nước phối trí. -Nghién cứu quang phổ hồng ngoại, quang phổ hấp thu electron, đo đô dẫn điện phân tử các phức chất thu được và tìm ra mối liên hệ giữa chúng. -Bước đâu dé xuất công thức cấu tạo của các phức chất nghiên cứu.

Do còn nhiều hạn chế, khi thực hiện để tài này còn nhiều sai sót, kính mong quý thấy cô và các bạn xem xét, góp ý kiến. | MỤC LỤC | Trang HN.1 Tình hình nghiên cứu các phức chất của coban, niken với các axit: ROU [ottilb:VÀ:0RRIO2014006G6001600X%62¿40i1 20w 2 L1.) Điều chế các phúc chất ‹‹.2 Cấu tao, tính chất của các phức.2 Phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc .1 Khái niệm chung về quang phổ hấp thụ .2 Phương pháp phổ hồng ngoại ( IR ).3 Phương pháp phổ hấp thụ electron .-- 9 Phần hai : THỰC NGHIEM VA BIEN LUẬN KẾT QUẢ. 10 ILD Điều chế các phức CHA. cccccccseseseseseeeesseneeeneeereneseassnneeeereeeennenenenenes 13 REP PRs BI CORA RR BNAE 55: sarceseannanncnsaynsevnsoaniionessneevieecenves 13 11.2 Phức chất coban format .3 Phức chất coban axetat .4 Phức chất niken Oxalat .3 Phúc chất nikờn fOBiAL.6 Phức chất niken axetat .2 Quan sắt dạng bên ngoài và khảo sát lượng nước kết tinh, To kt fh | a a 19 11.3 Phân tích hàm lượng nguyên tố.4 Nghiên cứu sự phân hủy nhiệt của các phức chất .5 Xác định hàm lượng Co và Ni trong phức chất bằng chuẩn độ compÌ€xoa .6 Nghiên cứu quang phổ hổng ngoại .7 Nghiên cứu quang phố hấp thụ electrot.‹--5 5555555552 30 ERB Khảo sẽ: độ GẦN điÖN ago suaegiennjeeeeooioseceesnnazse 34 Paths tomas KẾT EANis as access caster see aiae 35 STeRe tes nS oe i-i000N864iiA0acqiatj§q,dxttb§Nwiatweqayiauws 37 Tải liệu thâm KBEO.r00cccerereererereecnsnocerseneesssvevevneesssssoevers) sspdsanccsseseeuiistipes sensesSO | PHAN MỘT T O NG Q U A N [rang | L1 Tình hình nghiên cứu các phức chất của coban và niken với các axit: axetic, fomic và oxalic: L.1 Điều chế các phức chất: 1.

Phúc chất coban fomat: Khi thực hiện phản ứng oxi hóa một phần hỗn hợp các dung dịch coban (II) fomat amoni fomat, amoniac bằng luồng không khí với bioxit chì thì Duval đã thu được phức chất mau cam có công thức: [Co(NH;),](HCOO); [21]. Từ kali fomat, Yatrimiski đã nhận được [Co(NH,);(HCOO)J?* còn Linhard và Rau cũng nhận được ion phức này khi đi từ natri fomat [21], 2. Phúc chất niken fomat: C.EHIis đã điều chế được niken (II) fomat khi cho natri fomat vào dung dich niken (II) sunfat.Jonhson cũng nhận được phức chất này khi hòa tan bột niken vào dung dịch axit fomic. Niken fomat tạo thành có màu xanh lá cây.

dạng tinh thể ngâm 2 phân tử nước với công thức: Ni(HCOO);. Asinowzew và đồng nghiệp đã cho niken cacbonat vào dung dich axit fomic thu được Ni(HCOO); tinh khiết, Bằng phương pháp thẩm tách, Brintzinger, Pleising và Rudolph [21] đã chứng minh sự hình thành ion [Ni(HCOO),]*, diéu này cho phép khẳng định sự tổn tại của niken hexa fomat. Phite chất coban oxalat: Các tinh thể CoC;O,.Pashow diéu chế khi cho Co(NO,);.6H;O tỉnh khiết tác dụng axit oxalic khuấy liên tục trong 1 giờ ở 160°C. Các tính thể bất đâu phân hủy ở 250°C [53].

Wojtowicz và Wlodyka đã cho coban kim loại thô tác dụng với dung dich HNO, 1,65%, dun ở 90°C, khuấy đều, nhỏ từng giọt KMnO,, sau đó tách ra bằng cách thêm từng giọt dung dịch axit oxalic 50% ở 80°C, lọc kết tủa bằng nước nóng, làm khô ở 100°C. Sản phẩm có công thức CoC;O,. ` Theo Lagier và Jean, phức chất CoC;O;.2H:O được hình thành qua 2 giai đoạn điều chế: Đầu tiên lọc ngay kết tủa được hình thành khi cho CoTM tác dụng với axit oxalic. Sau đó tiếp tục đun nóng vài giờ kết tủa trong K;C;O; [2].

Cấu trúc của tinh thể CoC;O,.2H;O ở đang đơn tà, có kích thước a: b: c = 11. Các dang axit của phức chất oxalat cũng được nhiều tác giả nghiên cứu như H;MC;O,.SO, (M = Co, Ni) |26] hay H,Co;(C;O,), do Stanly [24] điểu chế từ Co(OH), và H;C;O, ° 2CoCl; + Na:O; + 4H;O = 2Co(OH); + 2NaCl + 2HCI “Trang 2- Jaeger [5] đã điều chế phức chất d.nH;O và cho biết chúng là các tinh thể màu xanh lục đậm, dang tam tà, có kích thước a:b:c = 0,5963:1:0.6590, a = 90°42", [Ì =101°23", y = 88°22", Nhiệt đô kết tinh là 13°C. TW hỗn hợp các chất Co(NO,);, Na;CO¡, KHC;O,.0,5H;O bằng cách khuấy liên tục, giữ ở 60°C, sau đó oxi hóa hỗn hợp bằng H;O;, Roberto đã thu được phức chất K;Co(C;O,);. Phúc chất niken oxalat: Bakin, Goltsman đã thu được tính thể NiC;O,.2H;O từ dung dịch mudi kim loại với (NH,);C;O,, tinh thể được lọc và rửa bằng nước [7].

Khi nghiên cứu quá trình tạo phức, các tác giả [2] đã xác định quá trình hình thành phức chất NiC;O,.2H;O cũng Xảy ra giống như sự tạo phức chất CoC;O,. Bằng phương pháp đo độ hòa tan, độ dẫn điện, Sholder, Gadenne va Niemann đã chứng minh sư tổn tại của phức chất [Ni(C:O,);]? [21]. Muối kép kali niken oxalat được điểu chế từ niken oxalat, trong dung dich loãng, xử lý với kali oxalat. Muối này hợp thành những mang xanh lá cây không tan trong nước, hình thoi hay với nếp uốn nghiêng.

Muối kali chứa 4 phần tử nước kết tinh đã được Brinkley nghiên cứu [21]. Tốc độ hình thành niken oxalat từ dung dịch niken sunfat và axit oxalic đã được Allen nghiên cứu bằng phép đo độ đục. Allen gợi ý về một cơ chế phản ứng căn cứ trên sự hình thành dung dịch Ni{Ni(C,O,))], Ploquin và Vergneau đã chứng minh bằng kết quả đo 46 cảm từ cho thấy niken oxalat tổn tại đưới dang phức chất. Phúc chất coban axetat: Hermann Schatz thu được phức chất coban axetat bằng cách đun Co(OH) với axit axetic trong sự có mặt của chất khử như coban kim loại trong bình kin [12].

Với cách tiến hành tương tự thì LG Farbenindustrie [13] đã thu được phức chất Co(CH,COO),. Cho muối kim loại kiểm tác dung muối Coban(ID, Dota Deschanshi và Yrette Wormser [15] thu được các dang ion phức: [Co(CH,COO)]*, [Co(CH,COO),), [Co(CH,COO), Từ Co (II) axetat, Ichikawa ,Yatoro Yamaji, Teizo đã tiến hành diéu chế Co (IID) axetat như sau: Suc khí oxi vào hỗn hợp 0,02 mol Co(CH:COO);.4H;O và 100ml CH,COOH với tốc độ 200ml/phút, ở 100°C trong vòng 12 giờ, đổng thời khuấy. Ap suất riêng phan của oxi trong hệ thống là 360 mmHg{ 19]. Phite chất niken axetat: Egar Hahl cho 5g bột niken và 200g axit propionic 50% tiếp xúc ngược đòng và khuấy nhẹ ở 100°C, Cùng lúc thổi luồng khí oxi tinh khiết qua hỗn hợp với van tốc 6 \/h.

Kim loại hòa tan hoàn toàn trong 6 giờ, tạo phức chất niken propionat. Nếu có mat 0,8¢ NiBr; làm xúc tác và lượng bột niken là 10g thì thời gian phản ứng rút ngắn con 3 giờ. Tương tự cách làm trên thì cũng thu được Ni(CHyCOO), và Co(CH;¡COO); [16], C. Markgraf thu được sản phẩm niken triaxetat dang tinh thể bát điện, màu xanh có công thức Ni(CH,COO), khi điện phân dung dịch niken diaxetat trong axit axetic lạnh với điện cực Pt [17].2 Cấu tạo, tính chất của các phức chất: 1.

Phức chất fomat: Phức chất {Co(NH.2H;O màu xanh lá cây đã được tác giả [21] điều chế và nghiên cứu tính chất. Phức chất [Ni(HCOO),|f đã được Brintzinger và đồng nghiệp khẳng định bằng phương pháp thẩm tách. Phức chất oxalat: Strelets và Orlyanskaya khi nghiên cứu chỉ số khúc xạ hệ CoCl;-H;C;O. đã khẳng định có sư tao thành phức CoC;O, [9].

Ciavatta và đống nghiệp |27| đã xác định hằng số bến của phức chất CoC;O, được hình thành từ Co(II) và C,0," ở 25°C: CoTM* + C,0,” === CoC;O, log B,= 3,25 Co”" + 2C;O,” === Co(C;O,);? log j= 5,6 Hằng số cân bằng nhiệt động của sự phân li trong dung dich nước của ion Co(II), NiCH), Mn(IH) với ion oxalat đã được chỉ ra bằng cách xác định sức điện đông giữa (C và 45°C. AH, AG, AS của phản ứng M** + C,0,7 === MC)0, đã được tính toán và AC, đã dược tính từ sự thay đổi của AH theo nhiệt độ [10]. Năng lượng tự do cho sự chuyển hóa không thuận nghịch j`-MC;O,.3H;O-»ơ- MC);O,,2H:O là -241 cal/mol đối với M = Fe; là -187 cal/mol đối với M = Co. Nang lượng tự do của dang œ và § của MC;O,.2H;O ( M = Mn, Fe, Co, Ni, Zn ) trong HO, H:SO, đã được xác định ở 25"C với cường độ ion là 10°- 10'g ion.

Căn cứ trên kết quả đo độ dẫn điện và phương pháp trắc quang, tác giả [23] cho rằng phức chất hình thành có công thức [Co(H;O)(OH)(C;O,);|*. Cũng theo tác giả này, oxulat kép kali, niken mất 4 phân tử nước ở 40-50°C, muối này phải đáp ứng sự hình thành K;[Ni(H;O);(C;O,);]J. Hằng số không bén của phức chất [Ni(C;O,);]? được Yatsimirski và Zolotarev xác định bằng 6,6. Hằng xố bén của phức Ni” với các axit oxalic, tactrat đã được nghiên cứu ở 25°C với lực ion 0,01-0,1 (NaNO;) bằng phương pháp trao đổi ion [I1].

Giá trị pK ở tỉ lệ phức I:1, lực ion của phức tactrat là 3,00; của phức oxalat là 5,15. Spacu và Voicu cho thấy rằng oxalat kép niken và kali sẽ mất 4 phân tử nước ở nhiệt độ 40-5 0ˆC, muối này phải đáp ứng sự hình thành K;[Ni(H;O);(C;:O,);]., hai phân tử nước phối trí có thé thay thế bằng benzidin [21]. Adamson, phức chất coban (III) trioxalat với hing số phân li xấp xi bằng 0.] có thể tổn tại. Durrant nhân được muối K;Co(CzO,);(OH)(H;O) từ dung dich Cod), Sự oxi hóa mudi Co (HH) oxalat này trong môi trường oxalat du đã được Spacu (31 khẳng định khi dựa trên các kết quả đo đô dẫn điện và quang phổ của chúng.