..
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
LÊ THỊ THANH
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT HỖN HỢP
PHỐI TỬ AXETYLSALIXYLAT VÀ 1,10- PHENANTROLIN CỦA
MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NHẸ
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THÁI NGUYÊN - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
LÊ THỊ THANH
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT HỖN HỢP
PHỐI TỬ AXETYLSALIXYLAT VÀ 1,10- PHENANTROLIN CỦA MỘT
SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NHẸ
Ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8.44.01.13
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HIỀN LAN
THÁI NGUYÊN - 2020
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 được công bố trong
một công trình nào khác.
Thái Nguyên, tháng 11 năm 2020
Tác giả luận văn
LÊ THỊ THANH
Xác nhận của khoa Hóa học
Xác nhận của giáo viên hướng
dẫn Khoa học
PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan
PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan
i
LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng thành kính, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình
tới cô giáo - PGS. TS. Nguyễn Thị Hiền Lan - người hướng dẫn khoa học đã
luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để em có
thể hoàn thành tốt luận văn của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô
giáo trong bộ môn Hóa Ứng dụng, khoa Hóa Học; phòng Đào tạo, thư viện
Trường Đại học Sư phạm – đại học Thái Nguyên, Trung tâm học liệu Đại học
Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất bố, mẹ, bạn bè cùng những người
thân yêu trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện giúp
tôi hoàn thành tốt khóa học.
Thái Nguyên, tháng 11 năm 2020
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..........................................................................................................iii
CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. v
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 2
1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của
chúng ................................................................................................................... 2
1.1.1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) ............................. 2
1.1.2. Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm ........................................ 5
1.2. Axit cacboxylic, axit axetylsalixylic, 1,10-phenatrolin các cacboxylat kim
loại. ...................................................................................................................... 6
1.2.1. Axit monocacboxylic ............................................................................... 6
1.2.2. Giới thiệu về axit axetylsalixylic ............................................................... 9
1.2. 3. Giới thiệu về 1,10-Phenantrolin ............................................................. 10
1.2.4. Tình hình nghiên cứu phức chất cacboxylat............................................ 10
1.3. Một số phương pháp hoá lí nghiên cứu phức chất ..................................... 12
1.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ..................................................... 12
1.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt ................................................................... 14
1.3.3. Phương pháp phổ khối lượng .................................................................. 16
1.3.4. Phương pháp phổ huỳnh quang ............................................................... 17
Chương 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................... 19
2.1. Dụng cụ và hoá chất ................................................................................... 19
2.1.1. Dụng cụ .................................................................................................... 19
iii
2.1.2. Hóa chất ................................................................................................... 19
2.2. Chuẩn bị hoá chất ....................................................................................... 19
2.2.1. Dung dịch LnCl3 ...................................................................................... 19
2.2.2. Dung dịch EDTA 10-2M .......................................................................... 20
2.2.3. Dung dịch Asenazo III ~ 0,1% ................................................................ 20
2.2.4. Dung dịch đệm axetat có pH ≈ 5 ............................................................. 20
2.3. Tổng hợp phức chất .................................................................................... 21
2.4. Phân tích hàm lượng của ion đất hiếm trong phức chất ............................. 21
2.5. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại..... 23
2.6. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt ................... 28
2.7. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng .................. 32
2.8. Nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang .................................................... 39
KẾT LUẬN....................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 45
iv
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
STT
Chữ viết tắt
1
AcSa
2
EDTA
3
HAcSa
4
Ln
5
NTĐH
6
Phen
Chữ viết đầy đủ
Ion axetylsalixylat
Etylenđiamintetraaxetic
Axit axetylsalixylic
Nguyên tố lantanit
Nguyên tố đất hiếm
1,10-phenantrolin
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Một số đại lượng đặc trưng của các NTĐH..................................................5
Bảng 2.1. Hàm lượng ion kim loại trong các phức chất ............................................ 23
Bảng 2.2. Các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử
và phức chất (cm-1)....................................................................................... 27
Bảng 2.3. Kết quả phân tích nhiệt của các phức chất ................................................. 31
Bảng 2.4. Các mảnh ion giả thiết trong phổ khối lượng của các phức chất ............. 35
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Axit axetylsalixylic .............................. 24
Hình 2.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của 1,10-phenantrolin ................................. 24
Hình 2.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Nd(AcSa)3Phen.3H2O .......................... 25
Hình 2.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Sm(AcSa)3Phen.3H2O ......................... 25
Hình 2.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Eu(AcSa)3Phen.3H2O .......................... 26
Hình 2.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Gd(AcSa)3Phen .................................... 26
Hình 2.7. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Nd(AcSa)3Phen.3H2O.......... 29
Hình 2.8. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Sm(AcSa)3Phen.3H2O ......... 29
Hình 2.9. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Eu(AcSa)3Phen.3H2O .......... 30
Hình 2.10. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Gd(AcSa)3Phen .................. 30
Hình 2.11. Phổ khối lượng của phức chất Nd(AcSa)3Phen.3H2O .................... 33
Hình 2.12. Phổ khối lượng của phức chất Sm(AcSa)3Phen.3H2O .................... 33
Hình 2.13. Phổ khối lượng của phức chất Eu(AcSa)3Phen.3H2O ..................... 34
Hình 2.14. Phổ khối lượng của phức chất Gd(AcSa)3Phen............................... 34
Hình 2.15. Phổ phát xạ huỳnh quang của Nd(AcSa)3(Phen).3H2O ...................... 40
Hình 2.16. Phổ phát xạ huỳnh quang của Sm(AcSa)3(Phen).3H2O ..................... 40
Hình 2.17. Phổ phát xạ huỳnh quang của Eu(AcSa)3(Phen).3H2O ...................... 41
Hình 2.18. Phổ phát xạ huỳnh quang của Gd(AcSa)3(Phen) ................................ 42
vi
MỞ ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa, nhiều ngành, nhiều lĩnh vực đang trên
đà phát triển, trong đó không thể không kể để những đóng góp to lớn của ngành
hóa học phức chất. Nhờ sự đa dạng trong kiểu phối trí và phong phú trong các
ứng dụng thực tiễn đã làm cho các 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. Ngoài ra,
các phức chất này còn có nhiều tiềm năng ứng dụng trong khoa học vật liệu tạo
ra các chất siêu dẫn, vật liệu huỳnh quang, vật liệu quang điện, các đầu dò phát
quang trong phân tích sinh học…
Với mục đích góp phần nghiên cứu vào lĩnh vực cacboxylat kim loại,
chúng tôi tiến hành: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp
phối tử axetylsalixylat và 1,10-phenantrolin của một số nguyên tố đất hiếm
nhẹ”.
1
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức
của chúng
1.1.1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)
Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) thuộc nhóm IIIB và chu kỳ 6 trong
bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, gồm mười bảy nguyên tố hoá học : 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. Họ lantanit (Ln) gồm 14 nguyên tố 4f có số
thứ tự từ 58 đến 71 được sắp xếp vào cùng một ô với lantan: Xeri (58Ce),
prazeodim (59Pr), neodim (60Nd), prometi (61Pm), samari (62Sm), europi (63Eu),
gadolini (64Gd), tecbi (65Tb), disprozi (66Dy), honmi (67Ho), ecbi (68Er), tuli
(69Tm), ytecbi (70Yb) và lutexi (71Lu).
Cấu hình electron chung của các nguyên tố đất hiếm:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2.
Trong đó: n có giá trị từ 0÷14
m chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1
Khi quá trình chuyển từ trạng thái năng lượng bền này đến trạng thái
năng lượng bền khác thường cách nhau 7 nguyên tố, do đó người ta chia các
lantanit thành hai phân nhóm: phân nhóm xeri gồm 7 nguyên tố sau La (Ce, Pr,
Pm, Sm, Eu, Gd, Nd); phân nhóm ytri gồm 7 nguyên tố tiếp theo (Tb, Dy, Ho, Er,
Tm, Yb, Lu) [13].
Bên cạnh đó có thể phân chia theo một cách khác là dựa vào sự
điền electron vào phân lớp 4f (obitan 4f). Bảy nguyên tố đầu từ Ce đến Gd
có electron điền vào các obitan 4f tuân theo quy tắc Hun, nghĩa là mỗi obitan
chứa một electron, hợp thành phân nhóm xeri hay nhóm lantanit nhẹ; bảy
nguyên tố còn lại từ Tb đến Lu có electron thứ hai lần lượt điền vào các obitan
4f, hợp thành phân nhóm tecbi, hay nhóm lantanit nặng [11].
2
Phân nhóm xeri Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
4f2
4f3
4f4
4f5
4f6
4f7
4f75d1
Phân nhóm tecbi Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
4f7+3
4f7+4
4f7+5
4f7+6
4f7+7
4f7+75d1
4f7+2
Nhờ sự phân chia các nguyên tố đất hiếm theo quy luật trên đã giúp
chúng ta giải thích sự biến đổi tuần tự và tuần hoàn tính chất của các đơn chất
cũng như hợp chất của các nguyên tố đất hiếm phù hợp với định luật tuần hoàn.
Các nguyên tố lantanit có phân lớp 4f đang được xây dựng và có số electron
lớp ngoài cùng như nhau (6s2). Theo các dữ liệu 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. Do đó, khi được kích thích bằng năng lượng, một trong các
electron 4f nhảy sang obitan 5d, electron 4f còn lại bị các electron 5s 25p6
chắn với tác dụng bên ngoài cho nên không ảnh hưởng quan trọng đến tính
chất của đa số lantanit. Bởi vậy, các lantanit giống nhiều với nguyên tố d
nhóm IIIB, chúng giống với ytri và lantan, có các bán kính nguyên tử và
ion tương đương [15].
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 [15].
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 là +4 nhưng kém đặc trưng hơn Ce; Eu
3
(4f76s2) ngoài số oxi hóa là +3 còn có số oxi hóa +2 do mất 2 electron ở phân
lớp 6s; Sm (4f66s2) cũng có số oxi hóa là +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.
Màu sắc của ion lantanit trong dãy La-Gd được lặp lại trong dãy Tb-Lu.
La3+(4f0)
không màu
Lu3+ (4f14)
không màu
Ce3+ (4f1)
không màu
Yb3+ (4f13)
không màu
Pr3+ (4f2)
lục vàng
Tm3+(4f12)
lục nhạt
Nd3+ (4f3)
Tím
Er3+(4f11)
hồng
Pm3+ (4f4)
hồng
Ho3+(4f10)
vàng đỏ
Sm3+ (4f5)
trắng ngà
Dy3+ (4f9)
vàng nhạt
Eu3+ (4f6)
hồng nhạt
Tb3+(4f8)
hồng nhạt
Gd3+ (4f7)
không màu
Về mặt hóa học, các lantanit là những kim loại hoạt động, chỉ kém kim
loại kiềm và kiềm thổ. Các nguyên tố phân nhóm xeri hoạt động mạnh hơn các
nguyên tố phân nhóm tecbi [3].
Lantan và các lantanit kim loại có tính khử mạnh. Trong dung dịch đa số
các lantanit tồn tại dưới dạng ion bền Ln3+. Các lantanit dễ dàng tan trong các
dung dịch axit trừ HF và H3PO4 vì muối ít tan ngăn cản phản ứng. Các ion
Eu2+, Yb2+ và Sm2+ khử H+ thành H2 trong dung dịch nước.
Ở nhiệt độ cao, các lantanit có thể khử được oxit của nhiều kim loại ví dụ
như oxit sắt, mangan oxit…
Ở dạng tấm, các lantanit bền trong không khí khô. Trong không khí ẩm,
kim loại bị mờ đục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat bazơ được tạo nên do
tác dụng với nước và khí cacbonic.
Một số đại lượng đặc trưng của 4 nguyên tố đất hiếm (Nd, Sm, Eu,
Gd) được trình bày ở bảng 1.1
4
Bảng 1.1. Một số đại lượng đặc trưng của các NTĐH
STT
Thông số vật lí
o
Nd
Sm
Eu
Gd
1,821
1,802
2,042
1,802
0,964
0,950
0,938
1
Bán kính nguyên tử ( A )
2
Bán kính ion ( A )
0,995
3
Khối lượng mol phân tử (g/mol)
144,24 150,35 151,96 157,25
4
Nhiệt độ nóng chảy ( o C)
1024
1072
826
1312
5
Nhiệt độ sôi ( o C)
3210
1670
1440
3272
o
1.1.2. Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm
Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm kém hơn các nguyên tố
họ d và chỉ tương đương với kim loại kiềm thổ có thể được giải thích bởi hai
nguyên nhân chính.
Một là do có các electron f bị chắn mạnh bởi các electron ở lớp ngoài cùng
5s25p6 và bán kính của ion đất hiếm (0,99 ÷ 1,22 Å) lớn hơn của các nguyên tố họ
d (0,85 ÷ 1,06) Å làm giảm lực hút tĩnh điện giữa chúng và phối tử.
Hai là liên kết trong các phức chất chủ yếu là liên kết ion nhưng liên kết
cộng hoá trị cũng đóng góp một phần nhất định do các obitan 4f không hoàn
toàn bị che chắn nên sự xen phủ giữa obitan kim loại và phối tử vẫn có thể
xảy ra mặc dù yếu [4].
Các ion đất hiếm Ln3+ có thể tạo những phức chất không bền với nhiều
phối tử vô cơ như NO3 , CO32-, CN , halogenua…do các phối tử vô cơ có
dung lượng phối trí thấp và điện tích nhỏ. Trong dung dịch loãng, các hợp chất
này phân ly hoàn toàn, còn trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng tinh thể
muối kép. Những muối kép này khá khác nhau về độ bền nhiệt và độ tan nên có
thể được sử dụng để tách các nguyên tố đất hiếm.
Các nguyên tố đất hiếm có khả năng tạo các phức chất vòng càng bền với
các phối tử hữu cơ, đặc biệt là các phối tử có dung lượng phối trí lớn và điện
tích âm lớn, các ion đất hiếm có thể tạo thành những phức rất bền. Ví dụ giá trị
lgk (k hằng số bền) của phức chất giữa NTĐH với EDTA vào khoảng 15÷19,
5
với DTPA khoảng 22÷23. Đặc thù tạo phức của các NTĐH là có số phối trí cao
và thay đổi. Trước đây một số tác giả cho rằng số phối trí của các ion đất hiếm
là 6, nhưng hiện nay nhiều tài liệu đã chỉ ra rằng số phối trí có thể là 7, 8, 9, 10,
11 thậm trí là 12.
Do ion Ln3+ có bán kính lớn làm cho các NTĐH có số phối trí cao và
thay đổi trong các phức chất. Bên cạnh đó, tính không định hướng và không
bão hòa của liên kết ion là phù hợp với đặc điểm số phối trí cao và thay đổi của
các NTĐH. Bản chất liên kết ion của các phức chất được giải thích bằng các
obitan ở phân lớp 4f của NTĐH chưa được lấp đầy và được chắn bởi các
electron 5s và 5p, do đó, phối tử không có khả năng cho elctron lên các obitan
4f để tạo nên liên kết cộng hóa trị [15].
Trong dãy lantanit, khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm tăng dần
từ La đến Lu mà nguyên nhân quan trọng nhất là cấu trúc nguyên tử của chúng. Cụ
thể, khi đi từ La đến Lu bán kính ion giảm dần, điện tích hạt nhân tăng dần, do đó
lực hút tĩnh điện giữa các ion đất hiếm và phối tử tăng dần. Sự tạo phức bền giữa
ion đất hiếm với các phối tử hữu cơ được giải thích theo hai yếu tố:
- Do hiệu ứng chelat (hiệu ứng vòng càng) có bản chất entropi, quá trình
tạo phức vòng càng làm tăng entropi.
- Do liên kết giữa đất hiếm và phối tử chủ yếu mang bản chất ion. Vì vậy,
điện tích âm của phối tử càng lớn, tương tác tĩnh điện giữa phối tử và ion đất
hiếm càng mạnh và do đó phức tạo thành càng bền vững. Trong phức chất, phối
tử với vòng 5 cạnh và vòng 6 cạnh là những cấu trúc bền vững nhất [5].
1.2.
Axit
cacboxylic,
axit
axetylsalixylic,
1,10-phenatrolin
các
cacboxylat kim loại.
1.2.1. Axit monocacboxylic
Axit monocacboxylic là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo chung là:
O
R
C
O
H
6
Phân tử axit gồm hai phần:
+) Nhóm chức cacboxyl (-COOH)
+) Gốc hiđrocacbon (-R).
Nhóm cacboxyl là tổ hợp của hai nhóm cacbonyl C=O và hiđroxyl OH. Hai nhóm này tác động qua lại lẫn nhau do có sự liên hợp giữa electron
ở liên kết đôi của nhóm C=O và electron p tự do của nguyên tử O trong
nhóm –OH. Axit cacboxylic tạo được liên kết hiđro mạnh hơn ancol vì nhóm
liên kế O-H trong cacboxyl phân cực nhiều hơn. Mặt khác, axit cacboxylic có
khả năng tạo liên kết hiđro với nguyên tử oxi âm điện lớn của lưỡng cực
cacbonyl hơn là với oxi của nhóm hiđroxyl khác.
Vì vậy, các axit có thể tạo những đime vòng do tạo liên kết hiđro:
hoặc các polime dạng:
Do đó, các axit cacboxylic có nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ sôi của các dẫn
xuất halogen và ancol tương ứng.
Các phân tử axit cacboxylic tạo liên kết hiđro với các phân tử nước bền
hơn so với các ancol nên chúng dễ tan trong nước hơn các ancol
Khả năng tan trong nước của các axit cacboxylic giảm khi tăng số nguyên
tử cacbon trong gốc hiđrocacbon.
Tính chất đặc trưng của axit cacboxylic do nhóm chức -COOH quyết định.
7
Vì hiệu ứng liên hợp p- đã trình bày ở trên mà liên kết O-H trong axit
cacboxylic phân cực hơn so với trong ancol và chúng dễ bị proton hoá hơn các
ancol. Tuy nhiên, chúng đều là các axit yếu (Ka 10-5) và tính axit giảm khi
mạch cacbon của gốc hiđrocacbon R càng dài hoặc càng phân nhánh.
Do tính linh động của nguyên tử H trong nhóm –OH và khả năng cho
electron của nguyên tử oxi trong nhóm C=O nên các axit cacboxylic tạo phức tốt
với nhiều kim loại, đặc biệt là khả năng tạo nên các phức chất vòng càng, trong đó
ion kim loại đồng thời thay thế nguyên tử hiđro của nhóm –OH và tạo liên kết
phối trí với nguyên tử oxi của nhóm –C=O trong phân tử axit monocacboxylic [2].
Trên cơ sở phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen, người ta đã đưa ra 5 dạng
cấu trúc của các cacboxylat đất hiếm:
(1)
(3)
(2)
(4)
(5)
Trong đó:
- Dạng (1) được gọi là dạng liên kết cầu - hai càng
- Dạng (2) được gọi là dạng ba càng - hai cầu
- Dạng (3) được gọi là dạng liên kết vòng - hai càng
- Dạng (4) được gọi là dạng liên kết cầu - ba càng
- Dạng (5) được gọi là dạng một càng
Dạng phối trí của nhóm -COOH phụ thuộc vào bản chất của gốc R và ion
đất hiếm Ln3+. Khi hằng số phân li của axit giảm thì số nhóm cacboxylat ở
dạng cầu - hai càng sẽ tăng, còn dạng vòng - hai càng sẽ giảm. Số thứ tự của
đất hiếm càng lớn thì số nhóm cacboxylat ở dạng vòng - hai càng càng tăng và
8
số nhóm ở dạng cầu - hai càng càng giảm.
Kiểu phối trí vòng - hai càng thường ít phổ biến hơn kiểu phối trí một càng.
Trong cả hai kiểu cacboxylat phối trí vòng - hai càng và cầu - hai càng có hai liên
kết cacbon-oxi tương đương như trong ion tự do, tuy nhiên, góc OCO trong phức
chất vòng - hai càng thường nhỏ hơn trong phức chất cầu - hai càng [16].
Quá trình tổng hợp các cacboxylat đất hiếm có thể được tiến hành theo
nhiều phương pháp khác nhau. Nhưng thường dùng là phương pháp đun hồi lưu
một lượng axit cacboxylic với oxit, hiđroxit hoặc cacbonat đất hiếm tương ứng.
Tùy từng trường hợp mà các cacboxylat đất hiếm thu được ở dạng khan
hay hiđrat với thành phần khác nhau.
1.2.2. Giới thiệu về axit axetylsalixylic
Axit axetylsalixylic hay còn được gọi là aspirin là một dẫn xuất của axit
salixylic có công thức phân tử là C9H8O4, có công thức cấu tạo:
Khối lượng mol phân tử: 180,160 g/mol, là tinh thể hình kim không màu
hoặc bột kết tinh màu trắng, thoáng có mùi axit axetic, vị chua, dễ hút ẩm và bị
phân hủy tạo thành axit salixylic và axit axetic. Nhiệt độ nóng chảy là 138oC ÷
140oC, nhiệt độ sôi là 140oC. Khó tan trong nước, tan được trong dung dịch
kiềm, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như ancol etylic, ete....
Trong phân tử axit axetylsalixylic, nguyên tử H ở nhóm cacboxyl
(–COOH) rất linh động và trong nhóm cacboxylat (–COO-), nguyên tử oxi có
khả năng cho electron nên axit axetylsalixylic có khả năng tạo phức tốt với ion
kim loại. Thường gặp nhất là trường hợp trong đó nguyên tử kim loại thay thế
nguyên tử H của nhóm hyđroxyl trong chức –COOH và liên kết kim loại - phối
tử được thực hiện qua nguyên tử oxi của nhóm cacbonyl trong chức –COOH tạo
nên phức chất vòng càng bền vững .
9
1.2. 3. Giới thiệu về 1,10-Phenantrolin
1,10-phenantrolin (Phen) là một bazơ hữu cơ dị vòng, công thức phân tử
là C12H8N2 (M = 180.21 g/mol) [4].
Công thức cấu tạo là:
1,10-phenantrolin là chất bột màu trắng, kết tinh ở dạng monohidrat, khó
tan trong nước (0,3g/100g H2O). 1,10-phenantrolin tan tốt trong etanol và các
axit loãng, không tan trong ete, có nhiệt độ sôi là 300oC và nhiệt độ nóng chảy
là 117oC.
1,10-phenantrolin là hợp chất chứa vòng pyridin, trong phân tử có hai
nguyên tử N ở vị trí số 1 và 10 của vòng. Chúng còn dư đôi electron tự do nên
có khả năng cho ion kim loại hai đôi electron tự do này khi tạo phức. Nhờ đó,
liên kết cho nhận giữa phối tử và kim loại được thực hiện qua 2 nguyên tử N
tạo thành vòng 5 cạnh bền vững [2].
Tuy nhiên phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat và 1,10-phenantrolin
của nguyên tố đất hiếm nhẹ còn ít được nghiên cứu. Do đó tôi tiến hành tổng
hợp phức chất hỗn hợp axetylsalixylat và 1,10-phenantrolin của Nd(III),
Sm(III), Eu(III), Gd(III) và nghiên cứu tính chất của chúng.
1.2.4. Tình hình nghiên cứu phức chất cacboxylat
Phức chất của 1,10-phenantrolin (Phen) với một số nguyên tố đất hiếm đã
được các nước trên thế giới nghiên cứu rộng rãi trong nhiều năm trở lại đây [8],
đặc biệt một số phức của Phen với Eu, Pr, Sm… có tính chất quang học nên
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trong nông nghiệp, khoa học vật liệu
[3, 4]. Ở nước ta, việc tổng hợp các phức của nguyên tố đất hiếm với Phen và
10
một số phối tử khác chưa được nghiên cứu nhiều và mới dừng lại ở phức của
Europi, Neodym.
Tính chất phát quang của các phức chất đất hiếm được sử dụng rộng rãi
trong phân tích huỳnh quang, khoa học môi trường [16,17], công nghệ sinh học
tế bào và nhiều lĩnh vực khoa học kĩ thuật khác [22]. Nhóm tác giả [18] đưa ra
dữ liệu của phức chất hỗn hợp Tb2(Bez)4Phen2 của Tb(III) khi được kích thích
bởi bức xạ ở bước sóng 488 nm, phức chất này phát xạ huỳnh quang rất mạnh ở
vùng 500 nm ÷ 679 nm với ba dải phát xạ cực đại hẹp và sắc nét ở 545 nm, 587
nm, 621 nm. Hai cực đại phát xạ ở 587 nm và 621 nm có cường độ trung bình,
cực đại phát xạ ở 545 nm có cường độ mạnh nhất. Các dải phát xạ này ứng với
sự xuất hiện ánh sáng nhìn thấy là màu lục (545 nm), màu vàng (587 nm), màu
cam (621 nm). trong đó cực đại phát xạ màu lục ở 545 nm tương ứng với
chuyển mức năng lượng 5D4 → 7F5. Hai cực đại phát xạ ở 587 nm và 620 nm
tương ứng với chuyển dời 5D4 → 7F4 (587 nm) và 5D4 → 7F3 (621 nm). Đây là
các chuyển mức năng lượng đặc trưng của ion Tb3+ khi được kích thích .
Các tác giả [16] đã tiến hành tổng hợp phức chất của Tb(III) với 1,10phenantrolin và phối tử hữu cơ, nghiên cứu về tỉ lệ số mol giữa phối tử Phen
với Tb(III), kết quả thu được cho thấy hiệu suất tổng hợp đạt giá trị cao nhất
ứng với tỉ lệ mol Phen: Tb(III) = 1:1 đối phức chất P1, P2 và 2:1 đối phức chất
P3. Phổ huỳnh quang của các phức chất nhận được có 4 đỉnh đặc trưng tại các
bước sóng 488 nm, 554nm, 582 nm và 617 nm ứng với các chuyển mức 5D4
7
F6, 5D4 7F5, 5D4 7F4 và 5D4 7F3 của ion Tb3+ , ở bước sóng 554 nm xuất
hiện đỉnh phát xạ mạnh nhất. Dựa trên sơ đồ năng lượng của Tb3+, có thể đưa ra
cơ chế truyền năng lượng giữa ion Tb3+ như sau: các ion Tb3+ ở trạng thái cơ
bản, sau khi hấp thụ photon tại bước sóng 400 nm sẽ chuyển lên trạng thái kích
thích có mức năng lượng cao hơn, sau đó hồi phục không phát xạ về các mức
năng lượng thấp hơn (5Dj, j = 2; 3; 4) và cuối cùng là hồi phục phát xạ về các
mức năng lượng cơ bản (7Fj, j = 0-6). Các phức chất nghiên cứu đều phát quang
11
- Xem thêm -