Tổng hợp nghiên cứu tính chất phức chất picolinat của một số nguyên tố đất hiếm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM PHẠM THỊ HỒNG VÂN TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT PICOLINAT CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN, NĂM 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM PHẠM THỊ HỒNG VÂN TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT PICOLINAT CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. NGUYỄN THỊ HIỀN LAN Thái Nguyên, năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong một công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 04 năm 2014 Tác giả luận văn Phạm Thị Hồng Vân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu i http://www.vn/ LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng thành kính, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới cô giáo - PGS. Nguyễn Thị Hiền Lan - người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn Hóa Vô Cơ, khoa Hóa Học, khoa Sau đại học - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành bản luận văn này Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới BGH, bạn bè, đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề Cơ Điện Luyện kim Thái nguyên, cùng những người thân yêu trong gia đình đã luôn giúp đỡ, quan tâm, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt khóa học.

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2014 Tác giả Phạm Thị Hồng Vân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ii http://www.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC. i CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT. ii DANH MỤC CÁC BẢNG .iii DANH MỤC CÁC HÌNH. iv MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH). Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm.

Axit cacboxylic và cacboxylat kim loại. Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của các axit monocacboxylic. Các cacboxylat kim loại. Một số phương pháp hoá lí nghiên cứu phức chất.

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại. Phương pháp phân tích nhiệt. Phương pháp phổ khối lượng. Phương pháp phổ huỳnh quang.

ĐỐI TƢỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu. Mục đích, nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp xác định hàm lượng ion đất hiếm trong phức chất. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại. 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu i http://www. Phương pháp phân tích nhiệt.

Phương pháp phổ khối lượng. Phương pháp phổ huỳnh quang. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Dụng cụ và hoá chất.

Chuẩn bị hoá chất. Dung dịch LnCl3. Dung dịch EDTA 10-2M. Dung dịch đệm axetat có pH ≈ 5.

Dung dịch Asenazo III ~ 0,1%. Dung dịch NaOH 1M. Tổng hợp các phức chất picolinat đất hiếm. Phân tích hàm lượng của ion đất hiếm trong phức chất.

Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng. Nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang của các phức chất.

44 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ii http://www.vn/ CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT HPic : Axit picolinic Ln : Nguyên tố lantanit NTĐH : Nguyên tố đất hiếm EDTA : Etylendiamintetraaxetat Hfac : Hecxafloroaxeylaxetonat Leu : L - Lơxin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ii http://www.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. Hàm lượng ion kim loại trong các phức chất picolinat đất hiếm. Các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và phức chất picolinat đất hiếm (cm-1).

Kết quả phân tích nhiệt của các phức chất picolinat đất hiếm. Các mảnh ion giả thiết trong phổ khối lượng của các phức chất picolinat đất hiếm. 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu iii http://www.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit HPic.

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Na[Nd(Pic)4]. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Na[Sm(Pic)4]. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Na[Eu(Pic)4]. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Na[Gd(Pic)4].

Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Na[Nd(Pic)4]. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Na[Sm(Pic)4]. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Na[Eu(Pic)4]. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Na[Gd(Pic)4].

Phổ khối lượng của phức chất Na[Nd(Pic)4]. Phổ khối lượng của phức chất Na[Sm(Pic)4]. Phổ khối lượng của phức chất Na[Eu(Pic)4]. Phổ khối lượng của phức chất Na[Gd(Pic)4].

42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu iv http://www.vn/ MỞ ĐẦU Hơn hai mươi năm trở lại đây, hóa học phức chất của các cacboxylat phát triển rất mạnh mẽ. Sự đa dạng trong kiểu phối trí (một càng, vòng - hai càng, cầu - hai càng, cầu - ba càng) và sự phong phú trong ứng dụng thực tiễn đã làm cho phức chất cacboxylat kim loại giữ một vị trí đặc biệt trong hóa học các hợp chất phối trí. Các cacboxylat kim loại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích, tách, làm giàu và làm sạch các nguyên tố, là chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, chế tạo các vật liệu mới như vật liệu từ, vật liệu siêu dẫn, vật liệu phát huỳnh quang. Trên thế giới, các cacboxylat có cấu trúc kiểu polime mạng lưới đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu vì chúng có các tính chất quý như: từ tính, xúc tác và tính dẫn điện.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ trong lĩnh vực chế tạo vật liệu mới thì hướng nghiên cứu các cacboxylat thơm lại càng có giá trị. Các phức chất này có nhiều tiềm năng ứng dụng trong khoa học vật liệu để tạo ra các chất siêu dẫn, các đầu dò phát quang trong phân tích sinh học, vật liệu quang điện. Với mục đích góp phần nghiên cứu vào lĩnh vực cacboxylat kim loại, chúng tôi tiến hành "Tổng hợp, nghiên cứu tính chất phức chất picolinat của một số nguyên tố đất hiếm". Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 1 http://www.vn/ Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.

Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng 1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) bao gồm: 3 nguyên tố thuộc nhóm IIIB là scandi (Sc, Z=21), ytri (Y, Z=39), lantan (La, Z=57) và các nguyên tố họ lantanit. Như vậy các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm IIIB và chu kỳ 6 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Cấu hình electron của các nguyên tố đất hiếm có thể biểu diễn bằng công thức chung: 1s 22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2.

Trong đó: n có giá trị từ 0÷14 m nhận giá trị 0 hoặc 1 Dựa vào đặc điểm xây dựng electron trên phân lớp 4f mà các lantanit được chia thành hai phân nhóm [6]: Phân nhóm nhẹ (phân nhóm xeri) gồm 7 nguyên tố, từ Ce đến Gd: Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f75d1 Phân nhóm nặng (phân nhóm tecbi) gồm 7 nguyên tố, từ Tb đến Lu: Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 4f7+2 4f7+3 4f7+4 4f7+5 4f7+6 4f7+7 4f7+75d1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 2 http://www.vn/ Các nguyên tố lantanit có phân lớp 4f đang được xây dựng và có số electron lớp ngoài cùng như nhau (6s 2). Theo các dữ kiện hóa học và quang phổ, phân lớp 4f và 5d có mức năng lượng gần nhau, nhưng phân lớp 4f thuận lợi hơn về mặt năng lượng. Vì vậy, trong nguyên tử của các lantanit, các electron ở phân lớp 5d dễ chuyển sang phân lớp 4f. Sự khác nhau về cấu trúc nguyên tử của các nguyên tố trong họ chỉ thể hiện ở lớp thứ ba từ ngoài vào, lớp này ít ảnh hưởng đến tính chất hóa học của các nguyên tố nên tính chất hóa học của các nguyên tố lantanit rất giống nhau.

Tuy có tính chất giống nhau nhưng do có sự khác nhau về số electron trên phân lớp 4f nên ở mức độ nào đó các nguyên tố lantanit cũng có một số tính chất không giống nhau. Từ Ce đến Lu, một số tính chất biến đổi đều đặn và một số tính chất biến đổi tuần hoàn. Sự biến đổi đều đặn tính chất hóa học của các lantanit gây ra bởi “sự co lantanit”. Đó là sự giảm bán kính nguyên tử và ion theo chiều tăng số thứ tự từ La đến Lu.

Điều này được giải thích là do sự tăng lực hút hạt nhân đến lớp vỏ electron khi điện tích hạt nhân tăng dần từ La đến Lu [9]. Tính chất tuần hoàn của các lantanit được thể hiện trong việc sắp xếp electron vào phân lớp 4f; mức oxi hóa và màu sắc của các ion. Số oxi hóa bền và đặc trưng của đa số các lantanit là +3. Tuy nhiên, một số nguyên tố có số oxi hóa thay đổi như Ce (4f25d0) ngoài số oxi hóa +3 còn có số oxi hóa đặc trưng là +4; Pr (4f36s2) có thể có số oxi hóa +4 nhưng kém đặc trưng hơn Ce; Eu (4f76s2) ngoài số oxi hóa +3 còn có số oxi hóa +2 do mất hai electron ở phân lớp 6s; Sm (4f66s2) cũng có số oxi hóa +2 nhưng kém đặc trưng hơn so với Eu.

Điều tương tự cũng xảy ra trong phân nhóm tecbi: Tb, Dy có thể có số oxi hóa +4, còn Yb, Tm có thể có số oxi hóa +2. Tuy nhiên, các mức oxi hóa +2 và +4 đều kém bền và có xu hướng chuyển về mức oxi hóa +3. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 3 http://www.vn/ Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full