Tài liệu Xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan ở khu vực xuân hoà bằng phương pháp trắc quang phân tử uv vis (2017)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ************* NGUYỄN THỊ THỦY TIÊN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG SẮT TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN Ở KHU VỰC XUÂN HÕA BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG UV-VIS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa phân tích Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS. NGUYỄN THỊ HUYỀN HÀ NỘI – 2017 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô ThS Nguyễn Thị Huyền, ngƣời đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết hƣớng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Hóa học trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 cùng gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận này. Trong quá trình nghiên cứu, em đã rất cố gắng để hoàn thiện luận văn nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thủy Tiên Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 LỜI CAM ĐOAN Đề tài này em đã trực tiếp nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của cô Th.s Nguyễn Thị Huyền. Em xin cam kết đây là kết quả em đã đạt đƣợc trong thời gian thực làm đề tài khóa luận tốt nghiệp. Nếu có điều gì không trung thực em xin chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng và pháp luật. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thủy Tiên Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 2 3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2 4. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................. 2 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN............................................................................... 3 1.1. KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC [1], [3], [10] ................................................... 3 1.1.1. Phân loại nguồn nƣớc ........................................................................... 3 1.1.2. Thành phần và tính chất của nƣớc ........................................................ 4 1.1.3. Vai trò của nƣớc đối với đời sống con ngƣời ....................................... 5 1.1.4. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại phƣờng Xuân Hòa ................................. 6 1.2. SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT [2], [3], [4], [5], [6] .................. 7 1.2.1. Sắt ......................................................................................................... 7 1.2.2. Các hợp chất của sắt ............................................................................. 10 1.2.3. Vai trò của sắt ....................................................................................... 14 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT [1], [4], [8], [9] ................... 16 1.3.1. Phƣơng pháp phân tích định tính sắt(III) .............................................. 16 1.3.2. Phƣơng pháp phân tích định lƣợng sắt(III) .......................................... 16 1.4 GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS [1], [4], [8] ..................................................................... 21 1.4.1. Giới thiệu về phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS ......... 21 1.4.2. Các điều kiện tối ƣu cho một phép đo quang ....................................... 22 1.4.3. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng................................................ 23 1.5. GIỚI THIỆU AXIT SUNFOSALIXILIC [1], [4], [9], [10] .................... 25 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN TỬ và THÀNH PHẦN PHÂN TỬ CỦA PHỨC [1], [3], [8] .................................................. 27 1.6.1. Phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam ...................................................... 27 1.6.2. Phƣơng pháp xử lí thống kê đƣờng chuẩn ............................................ 27 1.7. XỬ LÍ THỐNG KÊ CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH [1], [4], [8] ............ 27 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 30 2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT ....................................................... 30 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................... 30 2.1.2 Hóa chất ................................................................................................. 30 2.1.3 Chuẩn bị các dung dịch ......................................................................... 30 2.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH SẮT BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG UV-VIS .................................................................... 31 2.2.1. Khảo sát bƣớc sóng hấp thụ cực đại ..................................................... 31 2.2.2. pH tối ƣu cho sự tạo phức [14] ............................................................. 33 2.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến sự tạo phức .............................. 34 2.2.4. Ảnh hƣởng của các nguyên tố cản trở [4] ............................................ 35 2.2.5. Khảo sát khoảng tuyến tính tuân theo định luật hấp thụ Beer .............. 36 2.2.6. Đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp .......................................... 38 2.3. ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỂ XÁC ĐỊNH TỔNG HÀM LƢỢNG SẮT TRONG MỘT SỐ MẪU NƢỚC GIẾNG KHOAN Ở PHƢỜNG XUÂN HÕA ................................................................................. 39 2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu nƣớc ........................................................... 39 2.3.2. Thời gian và địa điểm lấy mẫu ............................................................. 39 2.3.3.Xác định tổng hàm lƣớng sắt trong một số mẫu nƣớc giếng khoan ở phƣờng Xuân Hòa........................................................................................... 40 KẾT LUẬN .................................................................................................... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 45 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 ........................................................................................................................ Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Nƣớc ngầm là nguồn cung cấp nƣớc ngọt sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân cƣ trên thế giới. Ngày nay, tình trạng ô nhiễm và suy thoái nƣớc ngầm đang phổ biến ở các khu vực dân cƣ và các thành phố lớn. Để hạn chế tác động ô nhiễm và suy thoái nƣớc ngầm cần phải tiến hành đồng bộ các công tác điều tra, thăm dò trữ lƣợng và chất lƣợng nguồn nƣớc, xử lí nƣớc thải và chống ô nhiễm các nguồn nƣớc, quan trắc thƣờng xuyên trữ lƣợng và chất lƣợng nƣớc ngầm,… Nƣớc giếng khoan (nƣớc ngầm) có chứa một lƣợng ion sắt. Trong điều kiện thiếu khí, sắt thƣờng tồn tại ở dạng ion Fe2+ và hoà tan trong nƣớc. Khi đƣợc làm thoáng, Fe2+ sẽ chuyển hóa thành Fe3+, xuất hiện dƣới dạng kết tủa hyđroxit sắt(III) có màu vàng, dễ lắng. Trong trƣờng hợp nguồn nƣớc có nhiều chất hữu cơ, sắt có thể tồn tại ở dạng keo (phức hữu cơ) rất khó xử lý. Ngoài ra, khi nƣớc có độ pH thấp, sẽ gây hiện tƣợng ăn mòn đƣờng ống và dụng cụ chứa, làm tăng hàm lƣợng sắt trong nƣớc. Khi hàm lƣợng sắt cao sẽ làm cho nƣớc có vị tanh, màu vàng, độ đục và độ màu tăng nên khó sử dụng. Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng sắt trong nước như phương pháp trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử, chuẩn độ… Trong đó phương pháp trắc quang phân tử có những ưu điểm như dễ thực hiện, dụng cụ, hóa chất sẵn có trong phòng thí nghiệm, có khả năng thực hiện được và cho kết quả tốt, đặc biệt phương pháp này phù hợp với điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm trường Đại học sư phạm Hà Nội 2. Từ những lí do trên chúng tôi chọn đề tài: “Xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan ở khu vực Xuân Hoà bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS”. 1 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 2. Mụ c đích nghiên cứu Xác định hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan bằng phƣơng pháp trắc quang phân tử UV-VIS với điều kiện cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm. 3. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt bằng phƣơng pháp trắc quang UV-VIS: λtƣ, pH… - Xây dựng đƣờng chuẩn. - Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo. - Đánh giá sai số và độ lặp của phƣơng pháp. - Xác định hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan khu vực Xuân Hoà theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và phƣơng pháp thêm chuẩn. 4. Đối tƣợng nghiên cứu Hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan khu vực Xuân Hoà. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp trắc quang UV- VIS. 2 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC [1], [3], [10] 1.1.1. Phân loại nguồn nƣớc Nƣớc là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Nƣớc tồn tại trong khắp sinh quyển nhƣ trong đất, trong các lƣu vực, trong không khí và trong tất cả các cơ thể sống. 1.1.1.1. Phân loại nước theo đặc điểm phân bố trên bề mặt Trái Đất Dựa vào sự phân bố nƣớc trên Trái đất mà ngƣời ta phân loại nguồn nƣớc nhƣ sau: - Nguồn nƣớc dƣới đất: Nguồn nƣớc dƣới đất bao gồm: nƣớc thổ nhƣỡng (nƣớc trong tầng đất canh tác), nƣớc ngầm và nƣớc trong các túi nƣớc tầng sâu (thƣờng là nƣớc khoáng). Theo vị trí tầng chứa nƣớc và áp xuất của nó, nƣớc dƣới đất đƣợc chia thành: + Nƣớc không áp trong đới không khí (nƣớc thƣợng tầng). + Nƣớc ngầm có mặt thoáng tự do, áp xuất thay đổi (tầng nƣớc bị chặn phía dƣới, phía trên không bị phủ tầng đất cách nƣớc). + Nƣớc ngầm mạch sâu giữa các vỉa có áp (tầng nƣớc bị chặn hai phía bới các lớp đất cách nƣớc). - Nguồn nƣớc mặt lục địa: + Nƣớc băng tuyết + Nƣớc hồ và đầm lầy + Nƣớc sông suối 3 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 + Nƣớc biển và đại dƣơng 1.1.1.2. Phân loại nước theo nguyên tắc và mục đích sử dụng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, ngƣời ta phân loại nƣớc nhƣ sau: - Nƣớc sinh hoạt - Nƣớc sử dụng cho nông nghiệp - Nƣớc sử dụng trong kĩ thuật - Nƣớc sử dụng cho các hoạt động vui chơi giải trí,….. 1.1.2. Thành phần và tính chất của nƣớc 1.1.2.1. Thành phần của nước tự nhiên Nƣớc là một hợp chất hóa học có thành phần rất đa dạng và phức tạp. Sự phân bố các chất hòa tan và thành phần khác trong nƣớc quyết định bản chất của nƣớc: - Nƣớc ngọt, nƣớc mặn, nƣớc lợ. - Nƣớc giàu hoặc nghèo chất dinh dƣỡng. - Nƣớc cứng hoặc nƣớc mềm. 1.1.2.2. Tính chất của nước - Về mặt lí tính: Nƣớc là chất có khả năng tồn tại ở cả ba dạng rắn, lỏng và khí. Nƣớc là một dung môi tốt nhờ vào tính lƣỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion nhƣ axit, rƣợu và muối đều dễ tan trong nƣớc. Tính hòa tan của nƣớc đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nƣớc. Nƣớc tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nƣớc hay có tạp chất pha lẫn, thƣờng là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nƣớc cho phép dòng điện chạy qua. - Về mặt hóa học 4 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Nƣớc là một chất lƣỡng tính, có thể phản ứng nhƣ một axit hay bazo. Ơ pH=7 ( trung tính) hàm lƣợng các ion OH-cân bằng với hàm lƣợng của H3O+. Khi phản ứng với một axit mạnh hơn, ví dụ nhƣ HCl, nƣớc phản ứng nhƣ một bazo: 𝐻𝐶𝑙 𝐻 𝑂 → 𝐻 𝑂 𝐶𝑙 Với amoniac, nƣớc lại phản ứng nhƣ một axit: Ngoài ra nƣớc còn tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học, trong đó có hai phản ứng quan trọng nhất là phản ứng thủy phân và phản ứng ngƣng tụ. 1.1.3. Vai trò của nƣớc đối với đời sống con ngƣời Đối với cơ thể con ngƣời nƣớc chiếm 70% lúc sơ sinh và giảm xuống còn 60% khi trƣởng thành, 85% khối lƣợng bộ não đƣợc cấu tạo từ nƣớc. Trong cơ thể nƣớc đóng vai trò là dung môi cho những phản ứng hóa học trong cơ thể xảy ra. Nƣớc vận chuyển những nguyên tố dinh dƣỡng đến toàn bộ cơ thể, điều hòa thân nhiệt bằng tuyến mồ hôi… Con ngƣời vẫn có thể sống sót nếu nhịn ăn 2 tháng, nhƣng không thể tồn tại đƣợc nếu thiếu nƣớc 3-4 ngày. Nếu cơ thể mất đi 2% lƣợng nƣớc thì khả năng làm việc sẽ giảm đi 20%. Nếu mất đi 10% lƣợng nƣớc thì cơ thể sẽ tự đầu độc và nếu mất đi 21% lƣợng nƣớc sẽ dẫn đến tử vong. Bên cạnh đó, đa số hoạt động sinh hoạt hàng ngày của chúng ta đều gắn liền với nƣớc, từ việc nấu nƣớng, tắm giặt, vệ sinh đều cần đến nƣớc. Nƣớc là một nhân tố hết sức quan trọng cho nền nông nghiệp tồn tại và phát triển. Nƣớc giúp cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng tạo ra năng suất lớn, kích thích nền nông nghiệp phát triển. Trong công nghiệp, nƣớc đƣợc dùng làm nguyên liệu ban đầu, dung môi, chất rửa, chất làm lạnh,… 5 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Trong y tế cũng cần sử dụng nhiều nƣớc: trong phòng mổ rửa sạch các vết thƣơng, chạy thận nhân tạo… Trong giao thông vận tải cũng cần đến nƣớc, đặc biệt là ngành giao thông đƣờng thủy. Nhƣ vậy, nƣớc có vai trò rất lớn trong đời sống con ngƣời cũng nhƣ các loài sinh vật trên trái đất. 1.1.4. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại phƣờng Xuân Hòa Xuân Hòa là một phƣờng thuộc thị xã PhúcYên, tỉnh Vĩnh Phúc. Phƣờng có diện tích 4,24 km2, dân số năm 2008 là 21,396 ngƣời, mật độ dân số đạt 5.046 ngƣời/km2. Trong những năm vừa qua, nền kinh tế Vĩnh Phúc có tốc độ tăng trƣởng cao. Đồng hành với với sự phát triển là môi trƣờng sống có nhiều thay đổi. Sự ô nhiễm không khí, đất, nƣớc… do các chất thải gây ra ngày càng gia tăng, trở thành vấn đề bức xúc cho toàn xã hội. Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt và nƣớc ngầm giảm, khối lƣợng chất thải rắn sinh hoạt và công nghiệp ngày càng nhiều và chƣa có biện pháp xử lí triệt để. Hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm môi trƣờng về không khí, môi trƣờng nƣớc có xu thế tăng dần, thậm chí ở một số nơi ô nhiễm đã vƣợt một số chỉ tiêu cho phép nhiều lần. Do quá trình đô thị hóa tăng nhanh, hệ thống cơ sở hạ tầng chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế, sự gia tăng các phƣơng tiện giao thông; đây là nguyên nhân làm cho chất lƣợng môi trƣờng không khí trên địa bàn tỉnh giảm; tình trạng ô nhiễm bụi, tiếng ồn,… Theo số liệu thống kê, hiện nay tổng lƣợng chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn tỉnh khoảng 748,3 tấn/ngày với nhiều thành phần khác nhau. Trong đó thành phố Vĩnh Yên và thị xã Phúc Yên là hai địa bàn có lƣợng rác thải lớn với khoảng 171,6 triệu tấn/ngày. Việc thu gom và xử lí rác thải chủ yếu do hai đơn vị là công ty Cổ phần Môi trƣờng và Dịch vụ đô thị Vĩnh Yên và công ty 6 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Cổ phần Môi trƣờng và dịch vụ đô thị Phúc Yên thực hiện. Theo báo cáo của 2 Công ty trên, tỷ lệ thu gom rác thải đô thị hiện nay đạt trên 90% lƣợng rác thải phát sinh, rác thải sau khi thu gom đƣợc xử lí bằng cách chôn lấp. Bãi rác thải Xứ Đồng Lát, phƣờng Xuân Hòa là điểm tập kết rác của cả thị xã Phúc Yên với diện tích 8000m2. Không những là nơi tập kết rác của cả thị xã Phúc Yên mà ở đây còn có các công ty, doanh nghiệp sản xuất kinh doanh trang thiết bị nội thất, lắp ráp xe đạp, xe máy cho thuê kho, bãi,… hàng tháng, các công ty này thải ra hàng tấn chất thải độc hại chứa các thành phần nguy hại phát sinh trong quá trình mạ, sơn nhƣ Crom VI, axit Sunfuric, chì, nhôm, kẽm, pin thải, các loại hóa chất độc hại,… làm cho môi trƣờng đất, nƣớc, không khí ô nhiễm. 1.2. SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT [2], [3], [4], [5], [6] 1.2.1. Sắt Sắt thuộc phân nhóm VIIIB, chu kì 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep Kí hiệu hóa học: Fe Cấu hình electron (Z=26): 1s22s22p63s23p64s23d6 Phân loại: Kim loại chuyển tiếp Khối lƣợng nguyên tử: 55,85 đvC Bán kính nguyên tử: 1,26 ̇ Số oxi hóa đặc trƣng: +2, +3, ngoài ra còn có số oxi hóa là 0, +6 1.2.1.1. Tính chất lí học Sắt là kim loại có màu trắng xám, có ánh kim, dẻo, dễ dát mỏng, có tính sắt từ Nhiệt độ nóng chảy: 15360C. Nhiệt độ sôi: 28800C Tỷ khối: d=7,91 g/cm3 7 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Sắt có bốn dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định: Feα 7000C Feβ 9110C 13900C Feγ Feδ 15360C Felỏng Dạng Feα, Feβ có kiến trúc tinh thể kiểu lập phƣơng tâm khối nhƣng có kiến trúc electron khác nhau nên Feα có tính sắt từ và Feβ có tính thuận từ. Feα khác với Feβ là không hòa tan Cacbon. Feγ có kiến trúc tinh thể lập phƣơng tâm diện và có tính thuận từ. Feδ có kiến trúc lập phƣơng tâm khối nhƣ Feα nhƣng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. Sắt tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng, đặc biệt là hợp kim Fe-C. Tùy thuộc vào lƣợng cacbon trong sắt mà ngƣời ta chia ra: sắt mềm (<0,2% C), thép (0,2-0,7%C) và gang (1,7-5%C). 1.2.1.2. Tính chất hóa học Sắt là một kim loại có hoạt tính trung bình. - Tác dụng với đơn chất: Ở điều kiện thƣờng nếu không có hơi ẩm, sắt không phản ứng rõ rệt ngay với những phi kim điển hình nhƣ O2, S, Cl2, và Br2 vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn tạo nên Fe3O4. t0C Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen thu đƣợc muối halogenua khan. → Nung sắt với lƣu huỳnh cũng có phản ứng tạo sắt sunfua. → - Tác dụng với hợp chất: 8 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 + Tác dụng với dung dịch axit nhƣ HCl, H2SO4 loãng… sắt bị oxi hóa thành Fe(II) và giải phóng khí H2. → → + Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh nhƣ H2SO4, HNO3 đặc nóng, nhƣng lại thụ động hóa ở trạng thái đặc nguội. → t0 + Tác dụng với nƣớc: Sắt không tác dụng với nƣớc ở nhiệt độ thƣờng, nhƣng ở nhiệt độ cao thì khử đƣợc hơi nƣớc. → → Do đó sắt không bị không khí ăn mòn tạo thành lớp rỉ xốp Fe2O3.nH2O, nhất là khi chứa tạp chất. → + Với muối của kim loại kém hoạt động, Fe đẩy đƣợc kim loại ra khỏi muối → 1.2.1.3. Trạng thái tự nhiên Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhên, đứng thứ tƣ về hàm lƣợng trong vỏ Trái Đất sau oxi, silic, nhôm. Những khoáng vật quan trọng của sắt là quặng manhetit (Fe3O4), quặng hemantit đỏ (Fe2O3), 9 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 quặng hemntit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng pyrit (FeS2), quặng xiderit( FeCO3). Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dƣới dạng khoáng chất với nhôm, titan, mangan,…. Sắt còn có trong nƣớc tự nhiên. 1.2.2. Các hợp chất của sắt 1.2.2.1. Hợp chất của Fe(II) a.Sắt (II) oxit: FeO FeO là chất bột màu đen, không tan trong nƣớc, không có trong tự nhiên. FeO tác dụng với các axit nhƣ HCl, H2SO4 loãng tạo thành muối sắt (II). → FeO dễ bị khử về kim loại khi đun nóng với các chất khử: H2, CO,… → → Điều chế: FeO đƣợc điều chế bằng cách nhiệt phân các muối cacbonat, oxalat hay nhiệt phân hidroxit trong môi trƣờng không chứa khí oxi. → → b. Sắt(II) hidroxit: Fe(OH)2 Fe(OH)2 có màu trắng, không tan trong nƣớc, trong không khí Fe(OH)2 nhanh chóng biến thành Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. → Fe(OH)2 dễ tan trong axit thể hiện tính bazo: → Điều chế: Cho dung dịch muối sắt(II) tác dụng với dung dịch kiềm. → 10 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 c. Muối sắt(II) Muối sắt(II) kém bền với oxi trong không khí, dễ tan trong nƣớc. Muối khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hiddrat. Ví dụ: FeCl2 có màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt. Trong môi trƣờng axit, Fe(II) có tính khử: Fe(II) dễ bị oxi hóa thành Fe(III) bởi oxi trong không khí, Cl2, KMnO4. → Điều chế: Cho Fe hoặc FeO, Fe(OH)2 tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4 loãng. Dung dịch muối sắt(II) điều chế đƣợc cần dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối Fe(III). Fe +2HCl FeCl2 + H2 khí Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 khí d. Phức chất sắt(II): Sắt(II) tạo nên nhiều phức chất, đa số có cấu trúc bát diện, số phối trí 6. Muối sắt(II) khan kết hợp với khí NH3 tạo nên muối phức amoniacat chứa ion bát diện [Fe(NH3)6]2+. Amoniacat sắt (II) kém bền, chỉ tồn tại ở trạng thái rắn, hay trong dung dịch bão hòa amoniac, trong nƣớc bị phân hủy tạo thành hidroxit. Muối sắt(II) tác dụng với dung dịch xianua kim loại kiềm, ban đầu tạo nên kết tủa Fe(CN)2 màu nâu vàng, sau đó kết tủa tan trong xianua dƣ tạo nên những ion phức bát diện [Fe(CN)6]4- màu vàng. Ion phức [Fe(CN)6]4- là phức bền nhất của sắt (II). Kali feroxianua K4[Fe(CN)6].3H2O là chất tinh thể dạng đơn tà, có màu vàng, vị mặn và đắng, dễ tan trong nƣớc và axeton nhƣng không tan trong rƣợu. 11 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Anion phức [Fe(CN)6]4- phân li rất kém trong dung dịch (β1,6=1024). Trong hóa học phân tích ngƣời ta dùng K4[Fe(CN)6] để nhận biết ion Fe3+. → Điều chế: trong phòng thí nghiệm, điều chế kali feroxianua từ FeSO4 và KCN. → → 1.2.2.2. Hợp chất của sắt (III) a. Sắt(III) oxit: Fe2O3 Fe2O3 là chất bột có màu nâu đỏ, không tan trong nƣớc. Fe2O3 có tính lƣỡng tính nhƣng tính bazo trội hơn. Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 bị CO hoặc H2 khử thành Fe. t0C Fe2O3 có thể tan trong kiềm nóng chảy tạo nên ferit (FeO-) t0C Điều chế: phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao. → b. Sắt (III) hidroxit: Fe(OH)3 Sắt (III) hidroxit là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nƣớc. Fe(OH)3 dễ tan trong dung dịch axit tạo thành dung dịch muối sắt (III) → Khi nung nóng đến 500-7000C, Fe(OH)3 sẽ bị mất nƣớc và biến thành Fe2O3. t0C Fe(OH)3 tan nhiều trong kiềm nóng chảy tạo thành ferit (MFeO2: M≡Li+,Na+,K+; M’(FeO2)2: M’≡Mn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+); các ferit này thủy phân mạnh trong dung dịch. 12 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Điều chế: cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối sắt (III). → c. Muối sắt (III) Đa số muối sắt(III) dễ tan trong nƣớc cho dung dịch chứa ion muối bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt. Khi kết tinh từ dung dịch, muối sắt (III) thƣờng ở dạng tinh thể hidrat. Ví dụ: FeCl3.6H2O có màu nâu vàng; FeNO3.9H2O có màu tím. Các muối sắt (III) trong dung dịch có tính oxi hóa, chúng dễ bị khử bởi nhiều chất khử: I-, S2-,…. → d. Phức chất sắt (III): Sắt (III) tạo nên nhiều phức chất, đa số các phức chất đó có cấu trúc hình bát diện nhƣ M3[FeF6]; M3[Fe(SCN)6]; M3[FeCN)6] và một số rất ít có cấu hình tứ diện nhƣ M4[FeCl4]. Amoniacat sắt (III) tạo nên khi muối sắt (III) khan tác dụng với NH3. Những hợp chất này kém bền hơn amoniacat sắt (II), chúng phân hủy hoàn toàn trong nƣớc cho nên khi tác dụng với dung dịch amoniac, muối sắt(III) luôn tạo kết tủa Fe(OH)3. Sắt (III) trong dung dịch tác dụng với ion thioxianat SCN- tạo ra một số phức chất thioxianato màu đỏ đậm. Kali ferixianua K3[Fe(CN)6] là một thƣốc thử thông dụng trong phòng thí nghiệm và là một trong những phức chất bền nhất của sắt (III),anion [Fe(CN)6]3- phân li kém trong nƣớc ( β1,6=1031). → Kali ferixianua có tính oxi hóa mạnh. Khi đun nóng trong dung dịch kiềm nó chuyển thành feroxianua. → 13 Nguyễn Thị Thuỷ Tiên K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Anion [Fe(CN)6]3- tạo với nhiều cation kim loại những muối có màu và ít tan. Đặc trƣng nhất là phản ứng dùng để nhận biết ion Fe2+ trong dung dịch. → Điều chế: dùng khí clo oxi hóa K4[Fe(CN)6] trong môi trƣờng axit clohidric. → 1.2.3. Vai trò của sắt 1.2.3.1. Đối với cơ thể con người Sắt là một nguyên tố vi lƣợng đã đƣợc nghiên cứu từ lâu, đây là một trong 3 vi chất dinh dƣỡng (vitamin A, sắt, iot). Sắt tham gia tạo nên hemoglobin để vận chuyển oxi từ phổi đến tất cả các cơ quan. Tham gia vào quá trình tạo thành myoglobin, sắc tố hô hấp của cơ. Sắt tham gia vào cấu tạo của nhiều enzim. Sắt tăng cƣờng hệ thống miễn dịch cho cơ thể: là thành phần của enzym hệ miễn dịch. Sắt cần thiết cho tất cả mọi ngƣời, nhƣng đối với trẻ em sắt vô cùng quan trọng, vì trẻ em là đối tƣợng dễ bị thiếu sắt nhất do nhu cầu cao, nhu cầu sắt ở trẻ còn bú mẹ tăng gấp 7 lần so với ngƣời lớn tính theo trọng lƣợng cơ thể. Vai trò quan trọng nhất của sắt là cùng với protein tạo thành huyết sắc tố (hemoglobin) vận chuyển oxi cho nên thiếu sắt dẫn đến thiếu máu dinh dƣỡng là bệnh phổ biến ở trẻ em. Khi thiếu máu, khả năng vận chuyển oxi của hồng cầu bị giảm, làm thiếu oxi ở các tổ chức đặc biệt là tim, cơ bắp, não gây nên hiện tƣợng tim đập nhanh, trẻ nhỏ có thể bị suy tim do thiếu máu. Các biểu hiện: hoa mắt, chóng mặt do thiếu oxi não, cơ bắp yếu và cuối cùng là cơ thể mệt mỏi. 1.2.3.2. Đối với cây trồng và vật nuôi a. Đối với thực vật 14