Tài liệu tổng quan về Đồng( Cu ), Chì ( Pb ), Cadimi( Cd )

Đề tài: tổng quan về Đồng( Cu ), Chì ( Pb ), Cadimi( Cd )

PHẦN 1 : TỔNG QUAN
Chương I: tổng quan về Đồng( Cu ), Chì ( Pb ), Cadimi( Cd )
1 . Vài nét sơ lược về Cu, Pb, Cd
1.1 Trạng thái thiên nhiên
1.1.1 Đồng
Đồng là kim loại nặng nhóm IB, mềm, có màu đỏ và tương đối phổ biến. Đồng có khối lượng nguyên tử 63.54 với hai đồng vị bền Cu[SUP]63[/SUP](70.13%) và Cu[SUP]65[/SUP](29.87%). Nó có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt thăng hoa cao(t[SUP]o[/SUP][SUB]nc[/SUB] =1803[SUP]o[/SUP]C, t[SUP]o[/SUP][SUB]s[/SUB]=2543[SUP]o[/SUP]C). Là kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt tốt đứng thứ hai chỉ sau Ag
Trong tự nhiên, Cu chiếm khoảng 0.03% trữ lượng trong vá quả đất. Cu được phân bố rộng rãi ở cả dạng tự do và dạng hợp chất. Phổ biến nhất vẫn là các khoáng vật chứa đồng như: cancosin Cu[SUB]2[/SUB]S (79.8% Cu); Cuprit Cu[SUB]2[/SUB]O (88.8% Cu) ; covelin CuS (66.5% Cu) ; cancopirit CuFeS[SUB]2[/SUB] (34.57% Cu) và malachit CuCO[SUB]3[/SUB].Cu(OH)[SUB]2[/SUB]
Người ta cũng đã phát hiện thấy một vài protein trong cơ thể sinh vật có chứa Cu như : cytochrome oxidaza, tyrosinaza và laccaza. Còn trong nước Cu có thể tồn tại ở ba dạng : hạt lơ lửng, dạng keo và dạng hoà tan. Dạng tan là ion tù do hoặc phức mà phối tử là vô cơ hay hữu cơ.
Hiện nay Cu là kim loại quan trọng nhất đối với công nghiệp và kỹ thuật. Từ Cu, người ta có thể tạo ra rất nhiều vật dụng khác nhau. Hơn 50% lượng Cu khai thác hàng năm được dùng làm dây dẫn điện. Hơn 30 % dùng để chế hợp kim .Nhưng cũng chính vì việc sử dụng với số lượng lớn như trên mà tình trạng ô nhiễm Cu đang là vấn đề đáng quan tâm.
1.1.2 Chì
Chì là kim loại nhóm IVA, có màu xám thẫm, mềm, dễ dát mỏng và dẫn điện tốt. Chiếm 10[SUP]-4[/SUP]% tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Đây cũng là một trong những kim loại được biết từ thời thượng cổ, khi đó nó được dùng để đúc tiền, đúc tượng hay các đồ dùng sinh hoạt.
Ngày nay, Pb được dùng làm các tấm điện cực trong acquy, làm dây cáp điện hay đầu đạn .Đặc biệt Pb hấp phụ rất tốt các tia phóng xạ và Rơnghen nên nó còn được dùng làm các tấm bảo vệ. Tuy vậy Pb và hợp chất của chúng khá độc nên cần thận trọng khi tiếp xúc, sử dụng.
Trong tự nhiên, Pb có mặt trong khá nhiều khoáng vật. Chủ yếu nhất vẫn là galen (PbS) , ngoài ra còn có cernsute PbCO[SUB]3[/SUB], cunglesite PbSO[SUB]4[/SUB]
Trong nước, Pb hầu như không tồn tại ở dạng tự do mà thường ở dạng hợp chất kết tủa hoặc phức của ion vô cơ và hữu cơ [23]
Trong công nghiệp, Pb được điều chế bằng cách đốt cháy galen để chuyển galen thành oxit. Sau đó khử oxit thành kim loại [1]:
2PbS + 3O[SUB]2[/SUB] = 2PbO + 2SO[SUB]2[/SUB]
PbO + C = Pb + CO
1.1.3 Cadimi
Cadimi là kim loại thuộc nhóm IIB (cùng với Zn, Hg) . Nó được phát hiện vào năm 1817 bởi nhà khoa học người Đức. Đây là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí Èm do tạo màng oxit.
Trong tự nhiên, Cd có 8 đồng vị bền tuy nhiên lại là nguyên tố kém phổ biến chỉ chiếm 7.6x10[SUP]-6[/SUP] % tổng số nguyên tử. Trạng thái bền trong môi trường là Cd(2+).
Cd tạo hợp kim với nhiều nguyên tố, và tồn tại trong các khoáng vật. Chủ yếu nhất là khoáng Grenokit CdS , đặc biệt Cd hay có mặt trong khoáng vật của Zn.Ngoài ra, Cd còn là sản phẩm phụ của quá trình tinh luyện các kim loại khác nên gây ra tình trạng ô nhiễm Cd [23].
Cd và hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Cd dùng trong công nghiệp mạ để chống ăn mòn, Cadimi sunfit dùng trong công nghiệp chất dẻo, gốm sứ hay Cadimi stearat còn dùng như một chất làm bền PVC. Cadimi phosphors dùng làm ống trong vô tuyến, làm đèn huỳnh quang, màn chắn tia X, ống phát tia catốt
1.2 Độc tính của Cu, Pb, Cd
Trong các cơ thể sống đặc biệt là con người thì đều chứa rất nhiều nguyên tố kim loại ở mức vi lượng như : Cu, Ca, Fe, Cd, Zn Chúng là một trong những thành phần không thể thiếu. Tuy nhiên vì lý do nào đó mà nồng độ của chúng tăng lên thì lại trở thành mối lo ngại cho cơ thể vì có thể gây ra những rối loạn ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển. Dưới đây là sơ qua về những độc tính mà Cu, Pb, Cd gây ra khi nồng độ trong cơ thể vượt mức cho phép.
1.2.1 Độc tính của Cu [2,5]
Trong cơ thể, Cu là phần cấu thành nên nhiều enzim quan trọng (tirozinaza, oxidaza), hợp chất của nó rất cần cho quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit. Hơn nữa Cu còn tham gia vào quá trình sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin, tổng hợp hoormon và sắc tố
Hàm lượng Cu trong cơ thể người khoảng 0.1g và nhu cầu hàng ngày khoảng 2mg. Điều này cho thấy Cu rất cần cho cơ thể
Mặc dầu vậy, nếu thừa Cu thì lại dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Khi đó nó sẽ tích tụ lại trong gan gây bệnh Wilson, tích tụ trong não, thận gây tử vong. Đặc biệt nó thay thế Zn trong các enzim làm mất hoạt tính của enzim.
Đối với thực vật thường mẫn cảm với Cu hơn động vật. Chẳng hạn khi Cu có mặt trong nước kìm hãm sự sinh trưởng của tảo ngay cả ở nồng độ thấp. Với cá khi nồng độ 3mg/l mới gây ô nhiễm trong khi thực vật là 1mg/l.
1.2.2 Độc tính của Pb
Pb là nguyên tố có độc tính cao. Trong môi trường nó bị thải ra từ hoạt động của các ngành công nghiệp, nông nghiệp gây ô nhiễm . Nó có thÓ xâm nhập vào cơ thể con người qua chu trình chuyển hoá thức ăn hay quá trình trao đổi chất như: nước uống, không khí, thức ăn (động vật, thực vật ) nhiễm Pb.
Khi nhiễm độc Pb, nó phá huỷ tuỷ xương, ngăn cản quá trình hình thành huyết cầu tố gây thiếu máu. Hơn thế, Pb có thể thay thế Ca trong xương, tương tác với photphat trong rồi truyền vào mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính. Khi nồng độ Pb trong máu 0.3 ppm làm ngăn cản quá trình oxihoa glucoza tạo năng lượng, làm cơ thể mệt mỏi. Nếu nồng độ lớn hơn 0.8 ppm gây thiếu máu. Còn khi Pb nằm trong 0.5 ¸ 0.8 ppm phá huỷ não, thận.
Nguy hiểm hơn là đối với trẻ em vì khi Pb xâm nhập vào cơ thể nó sẽ tác động mạnh vào hệ thần kinh làm rối loạn hệ thần kinh, gây thiểu năng. Vì vậy phòng tránh nhiễm độc Pb cùng các kim loại khác là rất cần thiết.
1.2.3 Độc tính của Cd [6,8]
Cd có trong nhiều loại mô động thực vật. Ở người Cd tích luỹ chủ yếu trong gan và thận. Hàm lượng Cd tăng theo độ tuổi.
Cd kim loại cũng như các hợp chất của nó đều rất độc. Khi hít phải hơi, bụi có Cd gây khô họng, tức ngực, nôn mửa, viêm cuống phổi .Nếu ăn phải thức ăn có nhiều Cd gây đau bụng, nôn mửa, nghẹt thở, nặng có thể tử vong.
Khi vào cơ thể, Cd sẽ tích tụ lại ở thận và xương làm rối loạn chức năng thận, phá huỷ tuỷ xương. Đồng thời gây nhiễu hoạt động của một số enzim làm tăng huyết áp, gây bệnh ung thư phổi.
Điều đáng lo ngại là Cd rất khó bị đào thải ra khỏi cơ thể. Theo thời gian, nó tích tụ trong cơ thể và nồng độ sẽ càng lớn. Lúc đó người bị nhiễm sẽ khó chữa, rất nguy hiểm.
*Chính vì mức độ độc hại lớn của kim loại nặng Cu, Pb, Cd cho nên đã có nhiều tiêu chuẩn về chất lượng môi trường. Dưới đây là một vài số liệu được đưa ra từ tiêu chuẩn Việt Nam:
+> Về giới hạn cho phép của khí thải công nghiệp:

[TABLE]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD=colspan: 2]Giá trị giới hạn
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]A
[/TD]
[TD]B
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu (mg/m[SUP]3[/SUP])
[/TD]
[TD]150
[/TD]
[TD]20
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb (mg/m[SUP]3[/SUP])
[/TD]
[TD]30
[/TD]
[TD]10
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd (mg/m[SUP]3[/SUP])
[/TD]
[TD]20
[/TD]
[TD]1
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

+> Tiêu chuẩn chất lượng nước uống:

[TABLE=align: center]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]TCVN(TC-20 TCN)
[/TD]
[TD=colspan: 2]TC WHO 1971
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]Mức yêu cầu
[/TD]
[TD]Mức cho phép
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu(mg/l)
[/TD]
[TD]< 3
[/TD]
[TD]0.05
[/TD]
[TD]1.5
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb(mg/l)
[/TD]
[TD]< 0.1
[/TD]
[TD]-
[/TD]
[TD]0.1
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd(mg/l)
[/TD]
[TD]-
[/TD]
[TD]-
[/TD]
[TD]0.01
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]


+> Tiêu chuẩn về chất lượng nước cấp cho sinh hoạt:

[TABLE]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD=colspan: 2]Giới hạn tối đa cho phép
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]Đô thị
[/TD]
[TD]Trạm lẻ và nông thôn
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu(mg/l)
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb(mg/l)
[/TD]
[TD]0.05
[/TD]
[TD]0.05
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd(mg/l)
[/TD]
[TD]0.005
[/TD]
[TD]0.005
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

+> Tiêu chuẩn cho phép với nước mặt:

[TABLE]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD=colspan: 2]Giá trị giới hạn
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]A
[/TD]
[TD]B
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu(mg/l)
[/TD]
[TD]0.1
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb(mg/l)
[/TD]
[TD]0.05
[/TD]
[TD]0.1
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd(mg/l)
[/TD]
[TD]0.01
[/TD]
[TD]0.02
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

(ở đây, A là nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt . B là nước dùng cho mục đích khác )
+> Tiêu chuẩn nước ngầm như sau:

[TABLE]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]Giá trị giới hạn
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu(mg/l)
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb(mg/l)
[/TD]
[TD]0.05
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd(mg/l)
[/TD]
[TD]0.01
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

+> Còn với nước thải công nghiệp:

[TABLE]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD=colspan: 3]Giá trị giới hạn
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
[/TD]
[TD]A
[/TD]
[TD]B
[/TD]
[TD]C
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cu(mg/l)
[/TD]
[TD]0.2
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[TD]5.0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Pb(mg/l)
[/TD]
[TD]0.1
[/TD]
[TD]0.5
[/TD]
[TD]1.0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Cd(mg/l)
[/TD]
[TD]0.01
[/TD]
[TD]0.02
[/TD]
[TD]0.5
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

2. Các phương pháp xác định Cu, Pb, Cd.
2.1 Phương pháp phân tích hoá học [10,11,21]
2.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng :
*Nguyên tắc: dựa trên kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp. Lọc, rửa,sấy hoặc nung kết tủa rồi cân và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích.
+> Xác định Cu:
Theo phương pháp này thì cho mẫu chứa Cu tác dụng với thuốc thử tạo kết tủa khó tan CuS như: H[SUB]2[/SUB]S ; C[SUB]2[/SUB]H[SUB]5[/SUB]NS. Sau đó lọc, rửa, sấy khô đến khối lượng không đổi, cân và xác định.
+> Xác định Pb:
Cho mẫu tác dụng với thuốc thử để tạo kết tủa như: PbSO[SUB]4[/SUB] ; PbCrO[SUB]4[/SUB] hay PbMoO[SUB]4[/SUB].
+> Xác định Cd:
Có thể xác định dưới dạng các kết tủa CdS ; CdSO[SUB]4 [/SUB]hay CdNH[SUB]4[/SUB]PO[SUB]4[/SUB].
Ngoài ra còn cho Cd[SUP]2+[/SUP] kết tủa với oxyquinonin trong vùng pH từ 5 đến 14 [13].
*Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có độ chính xác cao khi phân tích nguyên tố với hàm lượng lớn nên thường chỉ áp dụng phân tích với những mẫu có hàm lượng lớn, không phù hợp với những đối tượng có hàm lượng nhỏ.
2.1.2 Phương pháp phân tích thể tích [11]
*Nguyên tắc: dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn ) được thêm vào dung dịch của chất định phân, vừa tác dụng đủ, toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm đã thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương , người ta dùng những chất gây ra những hiện tượng mà có thể quan sát bằng mắt- gọi là chất chỉ thị.
+> Xác định Cu:
Dựa trên phản ứng chuẩn độ complexon giữa Cu[SUP]2+ [/SUP]với EDTA ở pH=8, chỉ thị murexid 1% trong NaCl.
Cu[SUP]2+[/SUP] + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2-[/SUP] = CuY[SUP]2-[/SUP] + 2H[SUP]+[/SUP]
CuInd + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2-[/SUP] = CuY[SUP]2-[/SUP] + Ind + 2H[SUP]+[/SUP]Vàng tímCũng có thể xác định Cu dựa vào phản ứng chuẩn độ iot- thiosunfat:
2Cu[SUP]2+[/SUP] + 4I[SUP]-[/SUP] = 2CuI + I[SUB]2[/SUB]
Phản ứng trên giải phóng ra I[SUB]2[/SUB]. Chuẩn I[SUB]2[/SUB] bằng Na[SUB]2[/SUB]S[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] với chỉ thị hồ tinh bét, ta sẽ xác định được Cu[SUP]2+[/SUP]:
I[SUB]2[/SUB] + 2Na[SUB]2[/SUB]S[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]S[SUB]4[/SUB]O[SUB]6[/SUB] + 2NaI
+> Xác định Pb:
Dùng phép chuẩn độ complexon theo các cách sau:
- Cách 1 : chuẩn độ trực tiếp Pb[SUP]2+ [/SUP]bởi EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm, với chỉ thị ET-OO.
Pb[SUP]2+[/SUP] + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2-[/SUP] = PbY[SUP]2-[/SUP] + 2H[SUP]+[/SUP]
Tuy nhiên Pb rất dễ bị thuỷ phân, vì vậy trước khi tăng pH phải cho Pb[SUP]2+[/SUP] tạo phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin.
- Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb[SUP]2+[/SUP] bằng Zn[SUP]2+[/SUP]: cho Pb[SUP]2+[/SUP] tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10. Sau đó chuẩn EDTA dư bằng Zn[SUP]2+[/SUP] với chỉ thị ET-OO.
Pb[SUP]2+[/SUP] + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2-[/SUP] = PbY[SUP]2-[/SUP] + 2H[SUP]+[/SUP]
H2Y[SUP]2-[/SUP](dư) + Zn[SUP]2+[/SUP] = ZnY[SUP]2- [/SUP] + 2H[SUP]+[/SUP]
ZnInd + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2- [/SUP] = ZnY[SUP]2-[/SUP] + HInd
đỏ nho xanh
- Cách 3: Chuẩn độ thay thế dùng ZnY[SUP] 2-[/SUP], chỉ thị ET- OO
Do phức PbY[SUP]2-[/SUP] bền hơn ZnY[SUP]2- [/SUP]ở pH = 10 nên Pb[SUP]2+[/SUP] sẽ đẩy Zn[SUP]2+[/SUP] ra khái ZnY[SUP]2-[/SUP]. Sau đó chuẩn Zn[SUP]2+[/SUP] sẽ xác định được Pb[SUP]2+[/SUP]:
Pb[SUP]2-[/SUP] + ZnY[SUP]2-[/SUP] = PbY[SUP]2-[/SUP] + Zn[SUP]2+[/SUP]
ZnInd + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2- [/SUP] = ZnY[SUP]2- [/SUP]+ HInd
đỏ nho xanh
+> Xác định Cd:
Ta có thể chuẩn Cd[SUP]2+[/SUP] bởi EDTA trong môi trường kiềm với chỉ thị ETOO, hoặc môi trường pH= 6,với chỉ thị xylen da cam thì chỉ thị chuyển từ đỏ sang vàng.
H[SUB]6[/SUB]F + Cd[SUP]2+[/SUP] = H[SUB]4[/SUB]FCd + 2H[SUP]+[/SUP]
H[SUB]4[/SUB]FCd + H[SUB]2[/SUB]Y[SUP]2-[/SUP] = CdY[SUP]2- [/SUP]+ H[SUB]6[/SUB]F
đỏ vàng
Phương pháp phân tích thể tích có ưu điểm nhanh, đơn giản, dễ làm nhưng lại bị sai số lớn do dụng cụ đo, thể tích dung dịch chuẩn, chỉ thị đổi màu và dùng để xác định nguyên tố với hàm lượng còn lớn không phù hợp với phân tích lượng vết.