Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo; tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn; đánh giá sai số và độ lặp lại, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo Cd, Pb. Ứng dụng xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số mẫu chè ở các huyện, tỉnh Thái Nguyên. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN NHƢ LÂM PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ XÁC ĐỊNH CADIMI VÀ CHÌ TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Thái Nguyên - Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN NHƢ LÂM PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ XÁC ĐỊNH CADIMI VÀ CHÌ TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên - Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Đức đã trực tiếp giao cho em đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hoá học, Khoa Sau đại học – ĐHSPTN, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm Khoa Hoá học – ĐHKH – ĐHTN, Ban lãnh đạo, các cô chú anh (chị) khoa xét nghiệm Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 6 năm 2011 Học viên Nguyễn Như Lâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv MỤC LỤC Lời cam đoan......................................................................................................................................................................................................... ii Lời cảm ơn .............................................................................................................................................................................................................. iii MỤC LỤC ...............................................................................................................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ.................................................................................................................... x MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................................................................................................ 3 1.1. Giới thiệu chung về cây chè ........................................................................................................................................ 3 1.1.1. Đặc điểm và thành phần ....................................................................................................................................... 3 1.1.2. Công dụng của cây chè........................................................................................................................................... 3 1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25] ............................. 4 1.3. Tính chất của Cadimi và Chì [17], [23], [25] ................................................................................... 4 1.3.1. Tính chất vật lí................................................................................................................................................................... 4 1.3.2. Tính chất hoá học [16], [17] ........................................................................................................................... 5 1.4. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd và Pb [6], [7]............................................................................ 10 1.4.1. Vai trò và sự nhiễm độc của Cd............................................................................................................ 10 Cadimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của Cadimi: [24] 10 Trong nước: 0,01 mg/l (hay 10ppb),.................................................................................................................. 10 Trong không khí: 0,001 mg/m3, ................................................................................................................................ 10 Trong thực phẩm: 0,001 – 0,5 mg/kg. ............................................................................................................. 10 1.5. Các phương pháp xác định Cadimi và Chì ....................................................................................... 13 1.5.1. Phương pháp phân tích hoá học [15] ............................................................................................ 13 1.5.2. Phương pháp phân tích công cụ [4], [15] ............................................................................... 15 1.6. Các phương pháp tách và làm giàu hàm lượng vết các kim loại ..................... 22 1.6.1. Phương pháp kết tủa, cộng kết................................................................................................................ 22 1.6.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng ................................................................................................................ 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
v 1.6.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá................................................................. 24 1.6.4. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) ...................................................................................................... 24 1.7. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [26], [30] ...................... 25 1.7.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) ................................................. 25 1.7.2. Phương pháp xử lý khô ...................................................................................................................................... 25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 27 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................................ 27 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu ......................................................................................................................................... 27 2.1.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................................................. 27 2.1.3. Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................... 28 2.2. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [13], [27], [29] ........... 28 2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ................. 28 2.2.2. Hệ trang bị của phép đo AAS .................................................................................................................. 30 2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu ........................................................................................ 33 2.3.1. Nguyên tắc và bản chất ...................................................................................................................................... 33 2.3.2. Cơ chế phân huỷ ........................................................................................................................................................... 33 2.4. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................................................................................................ 34 2.4.1. Hóa chất ..................................................................................................................................................................................... 34 2.4.2. Dụng cụ ...................................................................................................................................................................................... 34 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................................... 35 3.1. Khảo sát điều kiện đo phổ GF- AAS của Cd và Pb............................................................. 35 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo ........................................................................................................................................ 35 3.1.2. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử ...................................................... 36 3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) ........................................................... 36 3.1.4. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu ......................................................................... 38 3.1.5. Các điều kiện khác .................................................................................................................................................... 43 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF-AAS ................................................... 44 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit .................................................... 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền ........................................................................... 45 3.2.3. Khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ............................................................................................................ 47 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion .................................................................... 48 3.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF - AAS ................................................ 54 3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính............................................................................................ 54 3.3.2. Xây dựng đường chuẩn ...................................................................................................................................... 56 3.3.3. Đánh giá sai số, độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo ........................................................................................................................................................................ 60 3.4. Tóm tắt các điều kiện đo phổ GF - AAS của Cd và Pb ................................................. 63 3.5. Xác định Cd và Pb trong chè xanh ................................................................................................................ 64 3.5.1. Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu .......................................... 64 3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích ..................................................................................................................................... 66 3.5.3. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh ............................................................................................. 66 3.5.4. Kiểm tra quá trình xử lý mẫu .................................................................................................................... 67 KẾT LUẬN................................................................................................................................................................................................................ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................................................... 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AAS : Atomic Absorption Spectrometry ( Phổ hấp thụ nguyên tử) Abs : Absorbance (Độ hấp thụ) AES : Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử) ETA-AAS : Electro Thermal Atomization – Atomic Absortion spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) F-AAS : Flame- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa) GC-MS : Gas Chromatography Mas Spectroscopy (Sắc kí khí ghép khối phổ) GF-AAS : Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) HCL : Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng) HG-AAS : Hyđrie Generation- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật Hidrua hóa) HPLC : High Performance Liquid Chromatography (Sắc kí lỏng hiệu năng cao) ICP-AES : Inductively Coupled Plasma Mass- Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử dùng năng lượng plasma cao tần cảm ứng) ICP-MS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Phổ khối lượng dùng năng lượng Plasma cao tần cảm ứng) LOD : Limit of detection (Giới hạn xác định) LOQ : Limit of quantitation (Giới hạn định lượng) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì ........................................ 5 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng Cd, Pb trong chè xanh (Tiêu chuẩn Việt Nam 2007) .....................................................................................................12 Bảng 3.1. Khảo sát vạch đo của Cd ...................................................................................................................35 Bảng 3.2. Khảo sát vạch đo của Pb....................................................................................................................36 Bảng 3.3. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cd ........................................................................37 Bảng 3.4. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Pb .........................................................................38 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Cd ......................................................................40 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu .........................................................42 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Cd .........................................................................44 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit đối với Pb .........................................................................45 Bảng 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học .......................................................46 Bảng 3.10. Khảo sát nồng độ Mg(NO3)2 .....................................................................................................47 Bảng 3.11. Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ......................................................................48 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của kim loại kiềm .................................................................................................49 Bảng 3.13. Ảnh hưởng kim loại kiềm thổ ..................................................................................................49 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của kim loại nhóm III ......................................................................................49 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhóm kim loại nặng................................................................................50 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nhóm kim loại màu .................................................................................50 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của tổng cation .........................................................................................................51 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của nhóm anion .......................................................................................................52 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của tổng cation và anion đến phép đo phổ hấp thụ của Cd và Pb .................................................................................................................................................53 Bảng 3.20. Khảo sát khoảng tuyến tính của Cd ..................................................................................54 Bảng 3.21. Kết quả khảo sát tuyến tính của Pb ...................................................................................55 Bảng 3.22. Xác định đường chuẩn của Cd ................................................................................................59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ix Bảng 3.23. Xác định đường chuẩn của Pb .................................................................................................60 Bảng 3.24. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Cd ...........................................................61 Bảng 3.25. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Pb ............................................................62 Bảng 3.26. Tổng kết các điều kiện đo phổ GF - AAS của Cd và Pb ..........................64 Bảng 3.27. Địa điểm lấy mẫu thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu.....................................65 Bảng 3.28. Hàm lượng kim loại Cd, Pb tính theo mg/kg .........................................................66 Bảng 3.29. Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp ..........................................................................68 Bảng 3.30. Mẫu thêm chuẩn .................................................................................................................................... .69 Bảng 3.31. Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn Cd. .......................................................................69 Bảng 3.32. Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn Pb ..........................................................................70 Bảng 3.33. Kết quả xác định Cd bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP - MS .. 71 Bảng 3.34. Kết quả xác định Pb bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP – MS.... 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 2.1. Đèn catot rỗng ................................................................................................................................................30 Hình 2.2. Đèn D2 .....................................................................................................................................................................30 Hình 2.3. Cuvet Graphite ...............................................................................................................................................31 Hình 2.4. Bộ phận nguyên tử hoá mẫu.........................................................................................................31 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử .............................................32 Hình 2.6. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 .................................32 Hình 3.1. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Cd .....................................................40 Hình 3.2. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Pb......................................................41 Hình 3.3. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá của Cd ..............................42 Hình 3.4. Đồ thị kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá của Pb ...............................43 Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cd .....................................................................55 Hình 3.6. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Pb .....................................................................56 Hình 3.7. Phổ hấp thụ của Cd ...................................................................................................................................58 Hình 3.8. Phổ hấp thụ của Pb....................................................................................................................................58 Hình 3.9. Đồ thị đường chuẩn của Cd ............................................................................................................59 Hình 3.10. Đồ thị đường chuẩn của Pb .........................................................................................................60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Trong đời sống, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Trên thực tế, do trình độ và chạy theo lợi nhuận nên việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, chất thải cuả các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn đến sự ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển… khi con người sử dụng lương thực và thực phẩm này sẽ bị ngộ độc có thể dẫn đến chết người và gây những căn bệnh ung thư và hiểm nghèo khác. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết.Trong giới hạn về thời gian và đề tài nghiên cứu chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu, xác định hàm lượng cadimi và chì trong cây chè trên khu vực Thái Nguyên. Chè có tác dụng thanh nhiệt, lợi tiểu, giải độc, trừ phong thấp, làm bền mạch máu, trị hoại huyết, sát trùng, làm lành những thương tổn. Theo y học hiện đại, chè xanh chứa những chất có khả năng tăng cường miễn dịch khử gốc tự do, chống oxy hóa, bảo vệ sức khỏe, thích nghi tốt với môi trường sống và xã hội. Nên chè là loại thức uống khá phổ biến và đã có thương hiệu riêng. Nhưng nếu trong chè chứa một lượng lớn kim loại nặng thì sẽ gây hại cho con người. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nền công nghiệp hoá làm cho môi trường ô nhiễm chủ yếu là do nguồn phế thải chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào trong nước vào không khí rồi tích tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, làm giảm chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là các loại cây trồng trên khu vực đất bị ô nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 Thái Nguyên là khu vực sản xuất chè và có nhiều khu công nghiệp, khai thác khoáng sản. Trong đó, nguồn đất, nước sản xuất nông nghiệp gần khu công nghiệp, khai thác khoáng sản thường bị ô nhiễm kim loại nặng. Vì vậy, để sản xuất chè an toàn cần khảo sát đánh giá hiện trạng một số chỉ tiêu về kim loại nặng trong chè sản xuất trên khu vực này. Do đó, trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu „„Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng cadimi và chì trong chè xanh ở Thái Nguyên‟‟. Với nhiệm vụ cụ thể là: 1. Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Cd, Pb. 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo; tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn; đánh giá sai số và độ lặp lại, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo Cd, Pb. 3. Ứng dụng xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số mẫu chè ở các huyện, tỉnh Thái Nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây chè 1.1.1. Đặc điểm và thành phần Cây chè thường được trồng lấy lá tươi sắc nước uống hoặc chế biến theo những quy trình nhất định thành trà để pha nước uống. Cây chè có màu xanh, cao 1- 6m, lá mọc so le, hình trái xoan, dài 4 - 10cm, rộng 2 - 2,5cm, nhọn gốc, nhọn tù có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa to với 5-6 cánh hoa màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhị. Quả nang thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo. Thành phần hoá học: trong lá chè có tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic (flavonoid, catechol, tanin) các alcaloid cafein, theophyllin, theobromin, xanthin. Còn có các vitamin C, B1, B2, B3, B6 và các men. Cây chè được sử dụng cả cành lá nấu nước uống gọi là chè xanh. Chè hái búp và lá non sao, vò rồi sao để làm chè hương pha nước uống gọi là trà. Hoặc để cho chè lên men sau đó phơi sấy khô làm chè mạn hay chế thành chè đen. 1.1.2. Công dụng của cây chè Do có cafein và theophyllin, chè là một chất kích thích não, tim và hô hấp. Nó tăng cường sức làm việc trí óc và của cơ, làm tăng hô hấp, tăng cường và điều hoà nhịp đập của tim, lợi tiểu, làm dễ tiêu hoá. Sự có mặt của các dẫn xuất polyphenolic làm cho tác dụng của chè đỡ hại hơn và kéo dài hơn là cafein. Chè còn có tác dụng phòng và trị được nhiều loại bệnh khác nhau, đặc biệt là các bệnh về tim mạch, ung thư. Tuy vậy, nếu sử dụng kéo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 dài với liều cao, chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, biểu hiện bởi sự mất ngủ, sự gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, có rối loạn thần kinh. Công dụng của cây chè: thanh nhiệt giải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định thần, làm cho đầu não được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn nhọt, và cầm tả lị. Chè thường được dùng trong các trường hợp: Tâm thần mệt mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc rượu. Hoặc nấu nước rửa vết bỏng, lở loét nhanh ra da và lên da non. 1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Cadimi và Chì [17], [23], [25] Trong tự nhiên, Cadimi được tìm thấy chủ yếu cùng với Kẽm trong quặng Cabonat và Sunfua, Cadimi ít tồn tại dưới dạng đơn chất, mà thường tồn tại trong các hợp chất Cd(II) như: cadmium oxide, cadmium chloride, cadmium sulfate, và cadmium sulfite. Trữ lượng của cadmi trong vỏ Trái Đất là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử(tương ứng). Khoáng vật chính của Cadimi là grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi ở riêng mà thường ở lẫn với khoáng vật của kẽm, và của thủy ngân là xinaba hay thần sa(HgS). [8] Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 1,6.10-4% khối lượng vỏ Trái Đất và đa số tồn tại trong các dạng khoáng kết hợp với sắt, oxi, lưu huỳnh, cacbon. Chì được phân bố trong khoảng 170 khoáng vật khác nhau, nhưng khoáng vật chính của chì là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và ceussite (PbCO3) trong đó hàm lượng của Chì lần lượt là 88%, 68%, và 77%. [14] 1.3. Tính chất của Cadimi và Chì [17], [23], [25] 1.3.1. Tính chất vật lí Cadimi và chì đều là các kim loại nặng, có ánh kim. Cadimi là kim loại mềm, dễ nóng chảy, có màu trắng bạc nhưng trong không khí ẩm, nó dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim, còn chì kim loại có màu xám xanh, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì Hằng số vật lý Cd Pb Cấu hình electron [Kr]4d105S2 [Xe]4f145d106s26p2 Vị trí 48 82 Khối lượng nguyên tử (đvc) 112,411 207,21 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 321,07 327,4 Nhiệt độ sôi (0C) 767 1740 Tỉ khối (25 0C) (g/cm3) 8,642 11,350 Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV) 8,99 7,42 Bán kính nguyên tử (A0) 1,56 1,75 Cấu trúc tinh thể Lục giác bó chặt Lập phương tâm diện 1.3.2. Tính chất hoá học [16], [17] 1.3.2.1. Đơn chất Ở nhiệt độ thường Cd và Pb bị oxy hóa tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao phủ bên ngoài kim loại. 2Cd + O2 → 2CdO 2Pb + O2 → 2PbO Cd và Pb tác dụng được với các phi kim như halogen tạo thành đihalogen, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen... Cd + X2 → CdX2 Pb + X2 → PbX2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Ở nhiệt độ thường Cd và Pb bền với nước do có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao Cd khử hơi nước biến thành oxit, còn khi có mặt oxi thì Pb có thể tương tác với nước tạo ra hidroxit: Cd + H2O → CdO + H2 2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2 Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hóa (vì thế điện cực khá âm) giải phóng H2. Cd + 2HCl → CdCl2 + H2 Trong dung dịch thì: Cd + 2H3O+ + H2O → [Cd(H2O)4]2+ + H2 Về nguyên tắc, Pb tan được trong axit do có thế điện cực âm.Tuy nhiên nó chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và H2SO4 < 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan(PbCl2 và PbSO4).Tuy nhiên với dung dịch đậm đặc hơn Pb có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4 PbSO4 + H2SO4→ Pb(HSO4)2. Với axit có tính oxy hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc thì Pb tỏ ra khá hoạt động: 3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Với dung dịch kiềm, Pb chỉ phản ứng khi đun nóng, giải phóng H2: Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 1.3.2.2. Hợp chất a. Cadimi oxit CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tùy thuộc vào quá trình chế hóa nhiệt nóng chảy ở 1813 0C, có thể thăng hoa, không phân hủy khi đun nóng, hơi CdO rất độc. CdO không tan trong nước nó chỉ tan trong axit và kiềm nóng chảy: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 CdO + 2 KOHnc → K2CdO2 + H2O (Kali cadimiat) CdO có thể được điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phân hidroxit hay các muối cacbonat, nitrat... CdO + O2 → 2CdO Cd(OH)2 → CdO + H2O CdCO3 → CdO + CO2 b. Chì oxit Chì có hai loại oxit chính là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là Pb2O3, Pb3O4. * Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO-α màu đỏ và PbO-β màu vàng. Tinh thể PbO-α thuộc hệ tứ phương và PbO-β thuộc hệ tà phương. PbO- α có kiến trúc lớp khác thường, mỗi nguyên tử kim loại liên kết với bốn nguyên tử oxi tạo thành nhóm PbO4 hình chóp ngũ giác. PbO tan ít trong nước, có thể tương tác với nước khi có mặt oxi. Khi đun nóng trong không khí nó dễ dàng chuyển thành oxit cao hơn. PbO → Pb3O4. PbO tan trong axit và kiềm mạnh. * Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen. Tinh thể PbO2 có kiến trúc kiểu rutin trong đó mỗi nguyên tử kim loại được sáu nguyên tử oxi bao quanh kiểu tam giác. PbO2 khi đun nóng mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có số oxi hóa thấp hơn. 290 – 320 390 - 420 530 - 550 PbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbO ( nâu đen ) ( vàng đỏ ) ( đỏ ) ( vàng ) PbO2 kém hoạt động về mặt hóa học, không tan trong nước, tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi tan trong kiềm, tạo ra hợp chất hidroxo kiểu M2 [E(OH)6]: PbO2 + 2KOH + 2H2O → K2 [Pb(OH)6] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Những chất dễ cháy như S, P khi nghiền nát với bột PbO2 sẽ bốc cháy. Dựa vào đây PbO2 được dùng để làm một thành phần của thuốc đầu diêm. Khi tương tác với axit sunphuric đậm đặc, PbO2 giải phóng oxi; với axit clohidric giải phóng khí clo: 2PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O + O2 PbO2 + HCl → PbCl2 + 2H2O + Cl2 Trong môi trường axit đậm đặc, PbO2 oxi hóa Mn(II) đến Mn(VII), ở môi trường kiềm mạnh oxi hóa Cr(III) đến Cr(VI). 5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 → 2HMnO4 +3Pb(NO3)2 +2H2O+2PbSO4 3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH → 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] Trong thực tế, lợi dụng khả năng oxi hóa mạnh của PbO2 người ta chế ra ắc quy chì. Oxit, hỗn hợp Pb2O3 (PbO.PbO2) được xem là chì (II) metaplombat và oxit hỗn hợp Pb3O4 (2PbO.PbO2) được coi là chì (II) orthoplombat. * Chì metaplombat (Pb2O3) tồn tại dưới hai dạng tinh thể: dạng lập phương màu vàng - đỏ và dạng đơn tà màu đen. Đun nóng ở 390 - 4200C thành Pb3O4, không tan trong nước, tác dụng với dung dịch kiềm nóng tạo nên PbO2. * Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium là hợp chất của Pb có các số oxi hóa +2 và +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam. Minium ít tan trong nước và độc đối với con người.Khi đun nóng, nó phân hủy ở nhiệt độ 550 0C thành PbO và O2. Nó là chất oxi hóa mạnh, được dùng chủ yếu để sản xuất thủy tinh, pha lê, đồ men sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn ( sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị gỉ). 1.3.2.3. Các hidroxit a. Cadimi hidroxit: Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng. Khi đun nóng chúng dễ mất nước và biến thành oxit. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong axit tạo muối Cd2+, không tan trong dung dịch kiềm mà tan trong kiềm nóng chảy. Cd(OH)2 tan trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức: Cd(OH)2 + 2HCl → CdCl2 + H2O Cd(OH)2 + 4 NH3 → [Cd(NH3)4](OH)2 b. Chì hidroxit: Pb(OH)2 là kết tủa rất ít tan trong nước có màu trắng. Khi đun nóng, Pb(OH)2 rất dễ mất nước biến thành oxit PbO. Pb(OH)2 là chất lưỡng tính tan trong axit tạo nên muối của cation Pb2+: Pb(OH)2 + 2HCl → PbCl2 + 2H2O Pb(OH)2 có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh: Pb(OH)2 + 2KOH → 2K2[Pb(OH)4] ( hidroxoplombit ) Muối hidroxoplombit dễ tan trong nước và bị thủy phân mạnh nên chỉ bền với dung dịch kiềm dư. 1.3.2.4. Các muối a. Muối của cadimi Các đihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao. Các muối halogen (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd2+ đều tan trong nước. Còn các muối sunfua, cacbonat hay ortho photphat là muối bazơ ít tan. Trong dung dịch nước các muối Cd2+ dễ bị thủy phân: Cd2+ + 2H2O → Cd(OH)2 + 2H+ Tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14 Cd2+ có khả năng tạo phức mạnh với các phối tử hữu cơ và vô cơ, ví dụ [CdX4]2- trong đó X- là: Cl-, Br-, CN-,... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn