MỞ ĐẦU
Hoá học là môn khoa học thực nghiệm. Từ xưa đến nay, các nhà khoa
học, các nhà bác học trên thế giới đều dựa vào thực nghiệm để khẳng định các
lí thuyết của mình. Nhờ có thực nghiệm mà người ta có cơ sở để khẳng định lí
thuyết một cách vững vàng, thực nghiệm giữ một vai trò quan trọng trong sự
phát triển của hoá học.
Ở các trường đại học và cao đẳng đào tạo ngành hoá học, thực hành hoá
học là một trong các học phần bắt buộc. Vì nhờ có thực hành mà sinh viên biết
vận dụng kiến thức một cách độc lập để giải thích các hiện tượng quan sát
được, rút ra kết luận trên cơ sở các quan sát đó và hiểu sâu sắc được mối liên
hệ giữa các chất. Thực hành hoá học góp phần phát triển tư duy của sinh viên,
tăng cường hứng thú học tập của sinh viên đối với môn hoá học. Nó giúp cho
sinh viên làm quen không chỉ với những dữ kiện hoá học, những quy luật
của hoá học mà còn nắm được cách nghiên cứu để giành lấy kiến thức.
Thực hành hoá học còn là phương tiện quan trọng giúp sinh viên rèn luyện kĩ
năng, kĩ xảo thực hiện các thí nghiệm hoá học, giáo dục phẩm chất của con
người lao động có văn hoá, tích cực, thận trọng, nhanh nhẹn, chính xác, kĩ
thuật và có kỉ luật.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của ngành giáo dục, năm 2005
trường Đại học Sư phạm Hà Nội mở hệ đào tạo cử nhân hoá học. Học phần
“Thực hành tổng hợp vô cơ” là một trong các học phần bắt buộc dành cho sinh
viên năm thứ ba của hệ này. Do hạn chế về mặt thời gian nên tài liệu “Thực
hành tổng hợp vô cơ” còn nhiều thiếu sót: một số thí nghiệm được mô tả trong
tài liệu chưa rõ ràng hoặc cách tiến hành chưa thật phù hợp cùng với sự hạn chế
về điều kiện thí nghiệm nên một số thí nghiệm sinh viên tổng hợp ra sản phẩm
với hiệu suất rất thấp, hoặc một số thí nghiệm cho sản phẩm với hiệu suất khá
cao nhưng lại vượt quá thời gian của một buổi thực hành (3 giờ).

1

Vì vậy, để nâng cao chất lượng học phần thực hành tổng hợp vô cơ ,
chúng tôi chọn đề tài: Khảo sát để nâng cao chất lượng một số thí nghiệm
trong học phần “Thực hành tổng hợp vô cơ”.
Trong đề tài này chúng tôi chọn khảo sát sáu thí nghiệm là:
- Điều chế natri cacbonat khan theo phương pháp solvay.
- Điều chế axit orthophotphoric.
- Điều chế kali iođua.
- Điều chế phức chất hexaquacrom(III) clorua.
- Điều chế phức chất amoniacat của niken(II).
- Điều chế phức chất amoniacat của đồng(II).
Để thực hiện đề tài, chúng tôi đặt ra một số nhiệm vụ sau:
1. Tổng quan về cấu tạo, tính chất vật lý, tính chất hoá học, các phương
pháp điều chế và ứng dụng các hợp chất nghiên cứu (Na 2CO3, H3PO4, KI,
[Ni(NH3)6]Cl2, [Cu(NH3)4]SO4, [Cr(H2O)6]Cl3 ).
2. Tìm điều kiện thích hợp để tổng hợp các hợp chất nghiên cứu sạch với
hiệu suất cao.
3. Xác định thành phần, công thức cấu tạo của các hợp chất nghiên cứu
bằng các phương pháp hoá học, hoá lý, vật lý.
4. Xây dựng nội dung chi tiết cho mỗi bài thực hành thí nghiệm và xây
dựng bản tường trình cho mỗi bài thực hành thí nghiệm.
5. So sánh các bài thí nghiệm đã xây dựng với các bài thí nghiệm tương
ứng trong tài liệu “thực hành tổng hợp vô cơ” và đưa ra những đề xuất, kiến
nghị.

2


Chương I: TỔNG QUAN
I. TÌM HIỂU HỌC PHẦN
I.1. Mục tiêu của học phần tổng hợp hoá vô cơ

- Cung cấp kiến thức về tổng hợp chất cho sinh viên.
- Tạo điều kiện cho sinh viên hiểu sâu hơn những kiến thức đã được
học. Rèn luyện kỹ năng, thao tác thí nghiệm tổng hợp cho sinh viên, giúp sinh
viên làm quen với việc tổng hợp chất vô cơ tạo tiền đề cho việc tổng hợp
nghiên cứu sau này.
I.2 Thời lượng
- Thời lượng của học phần: 2 đơn vị học trình.
I.3 Vị trí của học phần
- Lý thuyết: Học phần thực hành tổng hợp hoá vô cơ được thực hiện khi
sinh viên hệ cử nhân đã được trang bị các kiến thức: Hoá học đại cương, hoá
vô cơ I, hoá vô cơ II.
- Thực hành: Bài thực hành tổng hợp hoá vô cơ dành cho sinh viên hệ
cử nhân được thực hiện sau khi đã học xong các học phần thực hành: Thực
hành hoá đại cương (2 đơn vị học trình), thực hành hoá nguyên tố (hai đơn vị
học trình). Chính vì vậy sinh viên đã được trang bị kiến thức, kỹ năng thí
nghiệm để có thể tiến hành bài thực hành tổng hợp hoá vô cơ.
I.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT
I.2.1. Natri cacbonat (Na2CO3)
a, Công thức cấu tạo

o

Độ dài liên kết C – O là 1,29 A . Các góc OCO bằng 120o.[8]

3


b, Tính chất vật lí
Na2CO3 khan là chất bột màu trắng, hút ẩm, nóng chảy ở 852 oC. Nó dễ
tan trong nước, quá trình tan phát nhiều nhiệt do sự tạo thành các hiđrat. Từ

dung dịch, ở nhiệt độ dưới 32,5oC natricacbonat kết tinh dưới dạng đecahiđrat
Na2CO3.10H2O. Đây là những tinh thể đơn tà trong suốt, không màu, dễ tan
trong nước. Giữa 32,5oC và 37,5oC nó mất nước biến thành heptahiđrat
Na2CO3.7H2O. Trên 37,5oC biến thành monohiđrat Na2CO3.H2O và đến 107oC
mất nước hoàn toàn biến thành Na2CO3 khan. Khi để trong không khí,
Na2CO3.10H2O mất bớt nước kết tinh trở thành bột trắng Na2CO3.5H2O. [17]
Na2CO3.H2O là những tinh thể trắng, dạng hình thoi, mất nước ở 47 0C
ngoài không khí. [25]
Độ tan của Na2CO3.10H2O tăng lên theo nhiệt độ còn độ tan của
Na2CO3.H2O lại giảm xuống.[25]
c, Tính chất hóa học
- Khi tan trong nước, Na2CO3 bị thủy phân làm cho dung dịch có tính
kiềm .[17]
Na2CO3 + H2O ƒ

NaOH + NaHCO3

NaHCO3 + H2O ƒ

NaOH + H2CO3

CO32- + H2O

ƒ

HCO3- + OH-

HCO3- + H2O

ƒ


H2CO3 + OH- K2 = 10-7.65

K1= 10-3.67

Dung dịch Na2CO3 0,1N có pH = 10,9; 1N có pH = 12,3; 6N có pH = 12,8.
- Na2CO3 bền với nhiệt, ở nhiệt độ nóng chảy(trong khí quyển CO 2) vẫn
chưa bị phân hủy. Nhưng khi nung ở nhiệt độ cao hơn( trên 853 oC) bắt đầu bị
phân huỷ thành oxit và khí CO2: [25]
o

o

t >853 C
Na2CO3 
→ Na2O + CO2↑

4


- Na2CO3 phản ứng với muối của một số kim loại như muối của Ba2+,
Ca2+, Sr2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Ag+,…tạo kết tủa cacbonat.[25]
- Na2CO3 phản ứng với muối của một số kim loại như muối của Mg 2+,
Zn2+, Be2+, Pb2+, Co2+, Cu2+, Cd2+,…tạo muối cacbonat bazơ. [25]
Ví dụ: 3Zn2+ + CO32- + 4OH- + 2H2O → ZnCO3.2Zn(OH)2.2H2O
- Na2CO3 tác dụng với dung dịch H2O2 đậm đặc tạo nên Na2CO4 và
NaHCO4 là muối trung hoà và muối axit của axit peoxicacbonic H2CO4 không
bền. [17]
d, Ứng dụng
Natri cacbonat (hay còn gọi là sođa) được dùng rộng rãi trong các ngành

công nghiệp thủy tinh, đồ gốm, xà phòng, phẩm nhuộm... Nó cũng là chất đầu
dùng để điều chế nhiều hợp chất quan trọng của natri như xút ăn da, borac,
thủy tinh tan, cromat và đicromat.[17]
- Ứng dụng trong sản xuất thủy tinh: Na2CO3 chiếm 13 – 15% trong số
nguyên liệu được đưa vào cho sản xuất thủy tinh, nó được sử dụng để nấu thủy
tinh, làm giảm nhiệt độ nấu chảy của cát silic trong quá trình nấu chảy và làm
tăng tính mềm dẻo. Mặc dù sôđa chỉ là vật liệu có khối lượng lớn thứ hai trong
sản xuất thủy tinh, nhưng nó lại chiếm tới 50 – 60% tổng chi phí nguyên liệu
đầu vào.[32]
- Ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa: Sôđa được sử dụng làm chất
độn và chất phụ gia trong xà phòng và chất tẩy rửa. Đặc biệt nhu cầu sôđa cho
chất tẩy rửa chiếm khoảng 10 – 12% trên toàn thế giới. Hiện nay, mức tiêu thụ
sôđa cho thị trường chất tẩy rửa đã tăng khoảng 100 nghìn tấn/năm do giảm sử
dụng peborat (vì đã được thay thế bằng pecacbonat).[32]
- Ứng dụng trong sản xuất hóa chất: Sôđa được sử dụng làm nguyên
liệu cho nhiều sản phẩm hóa chất gốc natri, chiếm 30% nhu cầu. Các sản
phẩm hóa chất này được sử dụng trong nhiều ứng dụng như: nông nghiệp, tác
nhân làm sạch và phụ gia thực phẩm. Mặc dù, đôi khi xút lỏng cũng được

5


dùng thay thế cho sôđa nhưng sôđa vẫn là lựa chọn chính vì sẵn có và chi phí
thấp. [32]
e, Các phương pháp điều chế
* Trong công nghiệp
- Phương pháp Lơ Blăng: N.Le Blanc (1742 – 1806 ) đưa ra phương
pháp điều chế Na2CO3 bằng cách nung chảy hỗn hợp natrisunfat (Na 2SO4), đá
vôi (CaCO3) và than (C) ở 1000oC. Phản ứng xảy ra như sau:
Na2SO4 + 2C


o

t

→ Na2S+ 2CO2 ↑
o

t
Na2S + CaCO3 
→ Na2CO3 + CaS

Na2CO3 tách ra khỏi hỗn hợp với CaS khó tan bằng cách chế hóa với
nước. CaS có thể dùng để điều chế H2S và sau đó điều chế lưu huỳnh. Trong
phương pháp trên, Na2SO4 được lấy từ nguồn thiên nhiên hoặc muối mỏ rồi
cho tác dụng với H2SO4 đặc: [25]
o

t
2NaCl + H2SO4(đặc) 
→ Na2SO4 + 2HCl

- Điều chế Na2CO3 từ Criolit (Na3AlF6) theo nguyên tắc nung hỗn hợp
Na3AlF6 với CaCO3 :
o

t
Na3AlF6 + 3CaCO3 
→ Na3AlO3 + 3CaF2 + 3CO2↑


Sau đó Na3AlO3 bị phân huỷ bởi CO2 và H2O:
2Na3AlO3 + 3CO2 + 3H2O 
→ 3Na2CO3 + 2Al(OH)3↓ [25]
- Khai thác Na2CO3 từ các hồ muối cabonat có trong thiên nhiên bằng
cách làm lạnh hoặc bay hơi, hoặc khai thác từ kết tủa Na 2CO3 tích tụ ở đáy hồ
dưới dạng khoáng chất Na2CO3.NaHCO3.2H2O. Sự hình thành Na2CO3 trong
thiên nhiên trong các hồ muối là do sự khử Na 2SO4 thành Na2S bởi các vi
khuẩn hoặc các chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao, sau đó Na 2S dưới
tác dụng của H2O và CO2 khí quyển tạo thành Na2CO3 theo sơ đồ:[25]
Na2SO4 + chất hữu cơ → Na2S + CO2↑ + H2O

6


Na2S + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2S↑
H2S tạo ra ở trạng thái khí, hoặc hoà tan trong nước ngầm, hoặc liên kết
với các hợp chất của sắt trong nước tạo thành bùn màu đen FeS.
- Sản xuất Na2CO3 theo phương pháp Solvay:
Cơ sở lí thuyết của quá trình sản xuất:
Quá trình điều chế Na2CO3 thực hiện qua 2 giai đoạn : [25]
+ Giai đoạn điều chế NaHCO3 :
NaCl + NH4HCO3

ƒ

NaHCO3 + NH4Cl

Phản ứng trên thuận nghịch, độ hoà tan các chất trên ở 20oC có giá trị như sau:

Độ tan (g/100gH2O)


NaCl

NH4HCO3

NaHCO3

NH4Cl

36

21

9,6

37,2

Như vậy NaHCO3 ít tan hơn nên cân bằng trên chuyển dịch sang phải.
Thực tế, người ta cho khí NH3 rồi khí CO2 qua dung dịch NaCl bão hoà:
NaCl + NH3 + CO2 + H2O

ƒ

NaHCO3↓ + NH4Cl (1)

Lọc tách NaHCO3 rồi nung nóng chuyển thành Na2CO3 khan.
+ Giai đoạn điều chế Na2CO3:
o

t

→
2NaHCO 
3

2

3

2

2

Na CO + CO ↑+ H O (2)

2

Khí CO thu được từ quá trình này được đưa vào quá trình sản xuất.
4

3

Sản phẩm phụ NH Cl lại cho phản ứng với vôi tôi để tái sinh khí NH :
4

2

2

3


2

2NH Cl + Ca(OH) → CaCl + 2NH ↑+ 2H O
Hiệu suất tạo thành sôđa phụ thuộc nhiều vào hiệu suất tạo thành natri
hiđrocacbonat theo phản ứng (1). Đó là một phản ứng thuận nghịch và toả

7


nhiệt. Natri cacbonat tạo thành trong phản ứng (1) sẽ kết tủa. Do đó, hệ cấu tử
trên sẽ là một hệ hai pha rắn, lỏng. Pha lỏng gồm nhiều cấu tử: NaCl,
NH4HCO3, NH4Cl, NaHCO3, (NH4)2CO3. Còn pha rắn chỉ có NaHCO3. Các số
liệu nghiên cứu về hệ dị thể này cho thấy hiệu suất tạo thành NaHCO 3 cao
nhất ở 30 ÷ 32oC và dưới 84%. Đó là hiệu suất tính theo giới hạn lí thuyết của
NaHCO3.[21,25]
* Trong phòng thí nghiệm
Theo tài liệu thực hành tổng hợp vô cơ [28], Na 2CO3 cũng được điều
chế dựa theo phương pháp Solvay. Cách tiến hành cụ thể như sau:
Cân lượng muối ăn tinh thể đã làm khô trên cơ sở tính toán hoà tan trong
10 ml nước để dược dung dịch bão hoà ở nhiệt độ phòng. Cho từ từ lượng muối
rắn này vào 10 ml dung dịch amoniac đặc, vừa cho vừa khuấy mạnh cho đến khi
được dung dịch bão hoà. Lọc lấy nước vào một ống nghiệm cỡ lớn. Nút nhẹ
miệng ống nghiệm bằng một dúm bông. Ngâm ống nghiệm vào chậu nước đá.
Cho dòng khí CO2 mạnh từ bình kíp lội qua ống nghiệm trên trong 1 ÷
1,5 giờ đến khi kết tủa hầu như không xuất hiện thêm nữa, dừng sục khí, lọc
kết tủa qua phễu lọc Bunsen, rửa kết tủa trên phễu bằng một ít nước lạnh sau
đó bằng một ít rượu etylic.
Lấy một lượng kết tủa hoà tan bằng 1ml nước cất. Xác định pH của
dung dịch thu được bằng giấy đo pH.
Cho phần kết tủa còn lại vào một chén sứ sạch đã biết chính xác khối

lượng, đem đun trên ngọn lửa đèn cồn đến khối lượng không đổi. Để nguội.
Cân lượng sản phẩm thu được.
Tính hiệu suất của quá trình điều chế Na2CO3 theo lượng NaCl đã dùng.
I.2.2. Kali iođua (KI)
a, Cấu tạo
KI kết tinh dưới dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt như sau:

8


Hằng số mạng KI là a= b=c=7,065A0; α=β=γ = 900.
b, Tính chất vật lí [15,24]
KI là những tinh thể hình lập phương, trong suốt hoặc mờ đục, khối
lượng riêng 3,15g/cm3, bền ở ngoài không khí khô.
KI nóng chảy ở 686oC, khi để nguội nó đông lại thành một khối tinh thể
có ánh xà cừ. Nhiệt độ sôi 1331oC.
KI rất dễ tan trong nước, quá trình tan thu nhiệt. Dễ hút ẩm, chảy nước
có màu vàng nâu. Dưới ánh sáng dung dịch KI bị vàng dần vì giải phóng I2.
Tan trong rượu và axeton. Rượu nóng hoà tan rất nhiều KI, để nguội KI
kết tinh thành những tinh thể hình kim. Nó cũng tan trong pyriđin ( 0,26% ở
10oC, 1,1% ở 116oC).
Bảng 1.1. Độ tan của KI trong nước [15 ]
to C
%KI
to C
%KI
to C
%KI
-22,65
51,8

21,05
58,9
65
64,5
-11,53
53,8
29,1
59,9
74,75
65,1
0
55,7
37,3
61,0
86,35
66,0
9,5
56,4
45,75
62,1
110,2
68,3
12,9
57,9
55,05
62,8
120,0
68,8
Từ bảng 1.1 cho thấy độ tan của KI tăng chậm theo nhiệt độ.
c, Tính chất hoá học [24]

- Tác dụng với một số muối như muối của Ag+, Cu+, Hg+, Pb2+,… tạo kết tủa:

9


KI + AgNO3 → AgI↓(vàng) + KNO3
- Dung dịch KI trong nước có khả hoà tan được iot do phản ứng:
KI + I2 → K[I3]
- Có tính khử khi tác dụng với các chất oxi hoá:
2KI + H2O2 → 2KOH + I2
2KI + 2FeCl3 → 2KCl + I2 + 2FeCl2
2KI + 2H2SO4(đặc) → K2SO4 + I2 + SO2 ↑+ 2H2O
2KI + MnO2 + 2H2SO4 → MnSO4 + I2 + K2SO4 + 2H2O
d, Ứng dụng
Dung dịch lugol mạnh gồm iot hoà tan trong nước cất, thêm kali iođua là
chế phẩm uống, dùng để điều trị tăng năng tuyến giáp (bệnh Bazơđô). [29]
e, Các phương pháp điều chế
Theo [15], trong phòng thí nghiệm KI được điều chế theo một số
phương pháp như sau:
- Cho vào bình cầu khoảng 7 – 8g mạt sắt, 50ml nước và thêm từng
lượng nhỏ 25g I2. Đun hơi nóng hỗn hợp đến khi hoà tan I2. Đun đến khi sôi
và cho thêm dung dịch chứa 17g K2CO3 trong 50 ml nước. Thử dung dịch đến
khi không còn Fe(II), Fe(III) nữa. Lọc hỗn hợp, lấy cả nước lọc và nước rửa cô
đến khi có váng tinh thể và cho kết tinh dần . Tách những tinh thể đã lắng xuống,
rửa một ít với nước đá, đổ nước rửa vào nước cái và cô lần nữa cho đến khi được
tinh thể. Kết quả thu 25 – 30g.
3Fe + 4I2 → Fe3 I8
Fe3I8 + 4K2CO3 → Fe3O4 + 8KI + 4CO2
- Ở phương pháp thứ hai này, người ta không dùng tác nhân khử là Fe
để khử I2 thành I- mà thực hiện phản ứng tự oxi hóa khử I 2 trong môi trường

kiềm. Sau đó khử tiếp IO3- tạo thành bằng H2S để tạo I-. Cách tiến hành cụ thể
như sau: Lấy bột I2, rửa nước 3 – 4 lần, hoà tan vào dung dịch KOH 30%.
Cho luồng khí H2S vào dung dịch đến bão hoà. Thêm H2SO4 vào chất lỏng

10


đến khi phản ứng hơi axit đối với chỉ thị congo, đun cách thuỷ để loại hết mùi
2H2S và cho tác dụng với huyền phù BaCO3 để liên kết ion SO 4 . Lọc kết tủa

và rửa nước, cô đến khi bắt đầu kết tinh sẽ thu được thành phẩm tinh thể.
I2 + KOH → KIO3 + KI + H2O
KIO3 + H2S → KI + S + H2O
- Ở phương pháp thứ ba này, người ta tiến hành thu hồi lại KI từ bã iot
– kết tủa Cu2I2 gom được trong phòng thí nghiệm phân tích (định phân Cu
bằng I2). Cách tiến hành cụ thể như sau: Bỏ 800 – 1000g Cu 2I2 đã gom được
vào một cốc hay bát sứ cỡ 2 – 3 lít, đun nóng và khuấy với dung dịch KOH
20%, lượng KOH lấy ít hơn 5 – 7% lượng tính theo phương trình:
Cu2I2 + 2KOH → Cu2O↓ + 2KI + H2O
Lọc kết tủa, cô nước lọc đến khi còn 1 lít ở 60 – 70 oC. Cho thêm I2 đã
nghiền nhỏ cho đến khi dung dịch có màu hung nhạt. Tiếp tục đun nóng và
cho khí H2S bão hoà dung dịch rồi để yên sau một ngày lọc kết tủa (CuS + S)
rửa kết tủa với nước và đun nóng nước lọc đến khi mất mùi H2S.
Để làm dung dịch mất màu, đun sôi dung dịch 10 – 15 phút với 1 – 2g
than hoạt động và lọc. Đun cách thuỷ nước lọc, thêm rất ít I 2 đến màu nâu
nhạt rồi thêm vài giọt dung dịch Na2S2O3 để làm mất màu. Sau cùng làm bay
hơi cho đến khi có váng muối, để yên vài ngày, tách những tinh thể ra. Dùng
nước cái có thể điều chế lượng KI nhiều hơn.[15]
- Theo tài liệu [27], KI cũng được điều chế gần giống phương pháp thứ
nhất của tài liệu [15] nhưng thay dung dịch K 2CO3 25% bằng dung dịch KOH

40%. Cách tiến hành cụ thể như sau: Cân bột sắt và bột iôt tinh thể với lượng
tính toán để có thể điều chế được 1g KI. Lượng bột sắt lấy dư hơn tính toán
theo lí thuyết một ít.
Đổ bột sắt và nước vào cốc, cứ một phần khối lượng sắt thì cho 20 phần
khối lượng nước. Thêm dần dần từng phần nhỏ iôt vào cốc, khuấy đều và giữ

11


sao cho nhiệt độ của hỗn hợp không vượt quá 40 oC. Sau khi đã thêm hết iôt,
đặt cốc lên nồi cách thuỷ, đun sôi. Thêm từng giọt KOH 40% vào hỗn hợp,
vừa thêm vừa khuấy nhẹ cho đến khi kết tủa nâu không tách ra nữa và dung
dịch trở nên trong suốt, không màu. Đun nóng hỗn hợp phản ứng cho đến khi
thử dung dịch không còn ion sắt(II) hoặc sắt(III).
Khi kết thúc phản ứng, lọc bỏ kết tủa. Đem cô nước lọc trên nồi cách
thuỷ đến khi xuất hiện váng tinh thể. Làm lạnh dung dịch bằng nước đá, lọc
hút áp suất thấp để thu tinh thể. Rửa tinh thể bằng một ít nước lạnh và sau đó
bằng một ít rượu. Lấy tinh thể ra, sấy ở 100oC đến khô.
Cân và tính hiệu suất của quá trình điều chế KI theo lượng I2 đã dùng.
I.2.3. Axit orthophotphoric (H3PO4)
a, Cấu tạo phân tử [18,24]
O
P
HO

1120

1060

OH


OH

- Phân tử có cấu tạo dạng hình bốn mặt có d(P-O)= 1,52A0; d(P-OH)= 1,57A0;
- Trong kiến trúc tinh thể của nó gồm những nhóm tứ diện PO 43- liên kết
với nhau bằng liên kết hiđro.
- Kiến trúc đó vẫn còn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở
trong nước và làm cho dung dịch đó sánh giống như nước đường. Dung dịch
đậm đặc của axit orthophotphoric thường bán trên thị trường có nồng độ 85%.
b, Tính chất vật lí
- Axit orthophotphoric tinh khiết có thể kết tinh dưới dạng các tinh thể rắn,
không ngậm nước, không màu, tự chảy rữa trong không khí ẩm.[8]

12


- Nóng chảy ở 41,750C. Ở trạng thái lỏng có khuynh hướng chậm đông,
là chất lỏng thể xirô không màu, không mùi, không độc, khối lượng riêng là
1,88g/cm3 [24]
- Dung dịch 48% có độ dẫn điện cao nhất. [24]
- Axit orthophotphoric tan trong nước và etanol với bất kì tỉ lệ nào là do nó
tạo thành liên kết hiđro với những phân tử dung môi. [17]
c, Tính chất hoá học
- Axit orthophotphoric có đầy đủ tính chất của một axit như: làm đỏ quỳ
tím, tác dụng với kim loại (đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học), tác
dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, ..
- Axit orthophotphoric là axit ba nấc và có độ mạnh trung bình
(K1=7,6.10-3 ; K2= 6,2.10-8

và K3= 4,4.10-13). Nó tạo nên ba loại muối:


đihiđrophotphat (chứa anion H2PO4-), muối monohiđrophotphat (chứa anion
HPO42-) và muối photphat trung hoà (chứa anion PO43-).[17]
-

H3PO4 còn thể hiện tính lưỡng tính khi tác dụng với axit rất mạnh như

HClO4 khan: [24]
PO(OH)3 + HClO4 → [P(OH)4]ClO4
- Khác với axit nitric, các axit photphoric rất bền: ở trạng thái tan, rắn và
lỏng đều không có khả năng oxi hoá ở dưới nhiệt độ 350- 400 0C. Nhưng ở
nhiệt độ cao hơn, chúng là chất oxi hoá yếu, chúng có thể tương tác với kim
loại. Ở nhiệt độ cao, axit photphoric có khả năng tương tác với thạch anh và
thuỷ tinh.[17]
- Khi đun nóng dung dịch trên 1500C không thu được H3PO4 100% mà
bắt đầu mất nước liên kết. Đun nóng đến 260 0C chuyển thành axit
điphotphoric H4P2O7(axit pyrophotphoric), khi để nguội hoặc đun nóng (có
mặt của axit mạnh) axit điphotphoric chuyển lại thành axit orthophotphoric.
Đun nóng đến 3000C, axit điphotphoric chuyển thành axit metaphotphoric
(HPO3)n ,axit này cũng chuyển lại thành H3PO4: [24]
13


Để phân biệt axit orthophotphoric với các axit điphotphoric và
metaphotphoric ngưòi ta dùng phản ứng giữa muối của chúng với dung dịch
AgNO3: muối orthophotphat cho kết tủa Ag3PO4 màu vàng, còn muối
điphotphat và metaphotphat cho các kết tủa Ag 4P2O7 và AgPO3 đều có màu
trắng. [17]
- H3PO4 tác dụng với muối molipđat (NH4)MoO4 tạo kết tủa
(NH4)3[PMo12O40] có màu vàng không tan trong axit nitric nhưng tan trong

kiềm và dung dịch amoniac:
H3PO4 + (NH4)MoO4 → (NH4)3[PMo12O40] ↓vàng + 12 H2O
Phản ứng này dùng để nhận ra H3PO4 và ion PO43- trong dung dịch.[17]
d, Ứng dụng [24]
- Axit orthophotphoric tinh khiết được dùng chủ yếu trong công nghiệp
dược phẩm .
- Axit orthophotphoric kỹ thuật dùng trong công nghiệp sản xuất phân
lân, trong công nghiệp nhuộm vải, công nghiệp silicat(sản xuất men sứ).
- Axit orthophotphoric là bán thành phẩm trong quá trình sản xuất phân
bón, dược phẩm, thức ăn gia súc, làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, chất
tẩm gỗ chống cháy, chất chống ăn mòn kim loại. [36]
e, Điều chế
* Trong phòng thí nghiệm:
Theo tài liệu [24] axit orthophotphoric có thể được điều chế bằng các
phương pháp sau:
- Cho P2O5 hoặc PCl5 tác dụng với H2O:
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
- Để điều chế H3PO4 dạng tinh khiết hơn người ta cho dung dịch muối
Na2HPO4.5H2O tinh khiết, làm lạnh và bão hòa bằng hiđro clorua đến khi thu
được chất lỏng bốc khói:
Na2HPO4 + 2HCl → H3PO4 + 2NaCl

14


NaCl thoát ra hầu như không tan trong dung dịch bão hoà HCl. Lọc,
làm bay hơi nước lọc đến khi thu được thể siro đặc sệt có chứa H3PO4.
Theo tài liệu [27], H3PO4 lại được điều chế theo cách khác như sau:
-


Cân 1g photpho đỏ bỏ vào chén sứ, thấm ướt nó bằng một vài giọt

nước, sau đó thêm từng lượng nhỏ dung dịch HNO3 đặc, lần đầu thêm khoảng
1 – 2 ml. Dùng đũa thuỷ tinh khuấy cẩn thận hỗn hợp. Đun nhẹ chén sứ trên
bếp điện và đặt trong tủ hốt, khi nào thấy khí màu nâu ngừng thoát ra thì lại
thêm một lượng nhỏ axit mới. Khi P tan hết, đun nóng chén thêm khoảng 10
÷ 15 phút nữa để đuổi hết khí NO2 dư ra khỏi hỗn hợp.
Hoà tan sản phẩm thu được bằng nước cất, lọc dung dịch vào cốc rồi
đổ vào bình định mức 100 ml. Tráng cốc vài lần bằng nước cất cho đến vạch
định mức, lắc đều.
Dùng pipet hút dung dịch trong bình định mức vào 3 bình nón, mỗi
bình 5ml. Thêm vào mỗi bình vài giọt metyl da cam làm chỉ thị, rồi chuẩn dộ
dung dịch trong các bình nón bằng dung dịch NaOH có nồng độ chính xác
của phòng thí nghiệm. Ghi thể tích dung dịch NaOH tiêu tốn của 3 lần chuẩn
độ và tính giá trị trung bình V1 . Lặp lại quá trình như trên thay chỉ thị metyl da
cam bằng chỉ thị phenolphtalein. Thể tích dung dịch NaOH tiêu tốn của 3 lần
chuẩn độ này là V2 . Từ các giá trị V1 và V2 thu được, xác định lượng axit
orthophotphoric đã điều chế được.
* Trong công nghiệp:
Axit orthophotphoric hiện nay được sản xuất chủ yếu bằng hai phương
pháp là : phương pháp trao đổi (thông qua phản ứng trao đổi giữa quặng
photphat và axit mạnh, chủ yếu là axit sunfuric) và phương pháp nhiệt (đốt
photpho và đồng thời hợp nước). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm
và nhược điểm tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm của nó.[8]

15


* Sản xuất axit orthophotphoric bằng phương pháp trao đổi [8]
Các loại quặng thường sử dụng trong công nghệ này là photphorit và

apatit. Quá trình trao đổi giữa quặng photphorit hay apatit và axit sunfuric
xảy ra theo các phản ứng sau:
Ca3(PO4)2

+ 3H2SO4 ‡ˆ ˆ†
ˆˆ 3CaSO4↓+ 2H3PO4

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 ‡ˆ ˆ†
ˆˆ 5CaSO4↓+ 3H3PO4 + HF
Axit sunfuric sử dụng trong công nghệ này thường có nồng độ từ 60%
đến 80%. Các công đoạn chính là (1) phân huỷ quặng photphat (thực chất
đây là quá trình thực hiện phản ứng trao đổi), (2) lọc rửa ,tách axit
orthophotphoric ra khỏi bã (gồm canxi sunfat và các tạp chất ít tan khác của
silic, nhôm, sắt, magie,..) và (3) cô đặc thành thương phẩm.
Sản phẩm axit thu được thường có nồng độ từ 40% đến 50% (nếu lọc
gạn thì chỉ thu được axit có nồng độ khoảng 30%) và chứa nhiều tạp chất.
Nếu sử dụng làm phân bón thì sản phẩm axit hầu như không cần phải
xử lí gì tiếp theo ngoài việc cô đặc để đạt nồng độ yêu cầu.
* Sản xuất axit orthophotphoric bằng phương pháp nhiệt: [8]
Công nghệ sản xuất axit orthophotphoric bằng phương pháp nhiệt chủ
yếu gồm ba công đoạn: điều chế photpho bằng phản ứng nhiệt hoá học (1),
đốt photpho với oxi không khí (2) và ngưng tụ, hấp thụ tạo axit
orthophotphoric (3).
Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO
3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 → 4P4 + 24CaO
CaO + SiO2 → CaSiO3
2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → 6CaSiO3 + 10CO + P4
Các phản ứng trên được thực hiện trong lò điện với điện cực làm bằng
than chì. Nguyên liệu đầu vào được nghiền mịn tới kích thước hạt quy định
và phải được trộn đều trước khi cho vào lò phản ứng.


16


Quá trình đốt photpho với oxi để tạo thành P 2O5 và hấp thụ chúng vào
nước để hình thành axit là những phản ứng toả nhiệt rất mạnh; mặt khác
photpho rất dễ tạo thành các mạch polime thẳng hoặc dạng vòng. Chính vì
vậy mà chế độ nhiệt trong suốt quá trình đốt và hình thành axit đòi hỏi phải
hết sức nghiêm ngặt.
P4 + 5O2 → P4O10 + 3025KJ
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 + 378kJ
Trong tháp đốt, photpho lỏng được dòng không khí và hơi nước thổi xé
tơi ra thành những hạt sương mịn và được đốt với lượng dư không khí. P 4O10
tạo thành được hấp thụ ngay vào các hạt hơi nước ở trong tháp hình thành
axit orthophotphoric sau đó ngưng tụ lại và đi ra vẫn còn nóng với nhiệt độ
khoảng 900C. Đầu tiên axit hình thành có nồng độ khoảng 80 đến 85%. Sản
phẩm này sau khi được làm nguội sẽ được quay vòng lại để làm chất hấp thụ
tiếp theo hoặc để làm nguội cho sản phẩm mới hình thành. Bằng cách này có
thể thu được sản phẩm axit có nồng độ đậm đặc hoặc siêu đặc. Sản phẩm có
độ tinh khiết cao.
I.2.4. Cơ sở lí thuyết phức chất.
a, Các khái niệm cơ bản [10,14]
Cầu phối trí (hay còn được gọi là cầu nội) được cấu tạo từ một nguyên
tử trung tâm (thường là nguyên tử kim loại) liên kết bao quanh với các
nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử gọi là phối tử. VD: [Co(NH 3)6]3+ ,
[PtCl4]2- , ..
Cầu ngoại là những ion nằm ngoài và ngược dấu với cầu nội tạo nên.
Phối tử là bất kì tiểu phân nào (nguyên tử, phân tử hoặc ion) cho cặp
electron để hình thành liên kết với nguyên tử trung tâm.
Nguyên tử cho là nguyên tử trực tiếp cho cặp electron.

Các hợp chất có chứa cầu phối trí gọi là các hợp chất phối trí hay vẫn
thường gọi là phức chất.

17


Ở mức độ gần đúng, có thể coi mỗi liên kết giữa nguyên tử trung tâm
và phối tử là một liên kết σ hai electron. Số liên kết σ quy định như vậy được
gọi là số phối trí của nguyên tử trung tâm.
Các phối tử đính với nguyên tử trung tâm xác định ra hình phối trí.
Liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các phối tử được biểu diễn bởi
công thức phối cảnh bên cạnh hình phối trí.
VD: Hình phối trí và công thức phối cảnh ứng với số phối trí 3.(M là
nguyên tử trung tâm, L là phối tử)
M
L

M
L

L

L
L
L
Dung lượng phối trí của phối tử : là số cặp electron mà một phối tử cho
nguyên tử trung tâm. Phối tử cho nguyên tử trung tâm một cặp electron được
gọi là phối tử dung lượng một, cho nguyên tử trung tâm hai cặp electron được
gọi là phối tử dung lượng hai,.. Một phối tử đồng thời liên kết với nhiều
nguyên tử trung tâm gọi là phối tử cầu nối,..

b. Phân loại phức chất: [1]
Có nhiều cách phân loại phức chất, dưới đây là một vài cách tiêu biểu:
* Phân loại dựa vào phối tử tạo phức:
- Phức hiđrat (hay phức aqua): Phối tử là các phân tử H2O
- Phức hiđroxo: Phối tử là nhóm OH- Phức aminat : Phối tử là amin như [Co(en)3]3+,..(en: etylenđiamin)
- Phức aminacat: Phối tử là amoniac NH3
- Phức axiđo: Phối tử là gốc axit như [CoF6]3-, [Fe(CN)6]4-,..
- Phức cacbonyl: Phối tử là cacbon oxit CO
- Hợp chất nội phức: là phức vòng không điện ly, hoặc điện ly rất ít,
được tạo thành từ ion kim loại và các nhóm thế nội cầu, thường là các nhóm
hữu cơ. VD: phức đồng glycolat,..

18


- Phức vòng: Là phức trong đó phối tử liên kết với kim loại tạo thành vòng.
- Phức đa nhân: là phức trong cầu nội có một số nguyên tử kim loại kết
hợp với nhau nhờ các nhóm cầu nối OH- , -NH2, CO hoặc liên kết giữa hai
nguyên tử kim loại với nhau.
- Các izopoliaxit: là các hợp chất trong đó phân tử oxiaxit liên kết với
một hay nhiều anhiđrit của nó. VD: axit đicromic H2[CrO4(CrO3)],..
- Các phức chất cơ kim: Phối tử là các gốc hyđrocacbon như
[Zn(C2H5)3]-,..
* Phân loại theo điện tích của ion phức:
- Phức chất cation: Được tạo thành khi các phân tử trung hòa phối trí
xung quanh ion trung tâm mang điện tích dương. VD: [Cr(H 2O)6]3+,
[Cu(NH3)4]2+,.. Ngoài ra còn có các phức chất oni- khi nguyên tử trung tâm là
các nguyên tố âm điện mạnh (N, O, F, Cl,..), còn các phối tử là ion H + như
NH4+, OH3+(oxoni),..
- Phức chất anion: Khi nguyên tử trung tâm mang điện tích dương,

phối tử là các anion, ta có phức anion. VD: [Al(OH) 6]3-,.. Hoặc phức chất
trong đó chất tạo phức là nguyên tố phi kim, còn phối tử là các nguyên tử của
nguyên tố âm điện nhất. VD: [PF6]-, [PO4]3-,..
- Phức chất trung hòa: Được tạo thành khi các phân tử trung hòa phối
tử xung quanh nguyên tử trung tâm là trung hòa, hoặc khi các phối tử tích
điện âm phối trí xung quanh ion trung tâm tích điện

dương. VD:

[Co(NH3)3Cl3],..
c, Tên gọi của phức chât [1,18,14]
*Cách gọi theo Werner:
- Phức chất chứa cation phức: Gọi tên theo thứ tự :
+ Tên phối tử: Phối tử là các gốc axit, nằm trong cầu nội, tận cùng
thêm chữ “o”. Phối tử là các phân tử trung hòa, được giữ nguyên (trừ một số

19


ngoại lệ: NH3- ammin, H2O – aquơ,.), đồng thời thêm các tiếp đầu ngữ đi, tri,
tetra,.. để chỉ số lượng gốc axit, các phân tử trung hòa.
+ Tên ion trung tâm: Nguyên tử trung tâm được gọi tên bằng tiếng la
tinh, thêm đuôi để chỉ số oxy hóa của nó. Nếu ion trung tâm có số oxy hóa
bằng 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 thì đuôi của nó lần lượt là a, o, i, e, an, on, in, en.
+ Cuối cùng là tên ion cầu ngoại.
VD: [Ni(NH3)6]Cl2 : hexaamminnikenoclorua
[Cr(H2O)6]Cl3 : hexaaquơcromiclorua
- Phức chứa anion phức : Gọi tương tự như trên, chỉ khác là thêm đuôi
“at” ở ion trung tâm.
VD: K3[Fe(CN)6] : hexaxianoferiat kali

- Phức chất trung hòa: Cách gọi rất đơn giản không cần đuôi gì cả.
VD: [PtCl2(NH3)2]: điclorođiamminplatin.
* Cách gọi theo IUPAC:
Thứ tự gọi tên: Gọi cation trước rồi đến anion.
- Tên gọi của ion phức gồm có: số phối trí và tên phối tử là anion, số
phối trí và tên phối tử là phân tử trung hòa, tên của nguyên tử trung tâm và số
oxi hoá.
Tên phối tử:
+ Nếu phối tử là anion, người ta lấy tên của anion và thêm đuôi “o”:
Cl- : Cloro;
F- : Floro;

SO42- : sunfato;
OH- : hiđroxo;

CN-

: xiano;

CO32- : cacbonato;…

+ Nếu phối tử là phân tử trung hòa, thì gọi tên thông thường trừ một
số trường hợp sau:
H2O : aquơ;

NH3 : ammin;

CO : cacbonyl;

NO : nitrozyl


+ Trật tự gọi tên phối tử: Gọi tên phối tử âm điện trước, đến phối tử
trung hòa, cuối cùng là phối tử dương điện. Khi viết không tách chúng bằng
gạch nối, các phối tử được sắp xếp từ đơn giản đến phức tạp, theo thứ tự a,

20


b, c,.. thêm các tiếp đầu ngữ : đi, tri, tetra,..trước các phối tử đơn giản. Trước
các phối tử phức tạp dùng các tiếp đầu ngữ bis, tris, tetrakis,..
Nguyên tử trung tâm và số oxi hóa: Nếu nguyên tử trung tâm ở trong
cation phức, người ta lấy tên của nguyên tử đó kèm theo số La Mã viết trong
dấu ngoặc đơn để chỉ số oxi hóa khi cần. Nếu nguyên tử trung tâm ở trong
anion phức, người ta lấy tên của nguyên tố đó thêm đuôi at và kèm theo số La
Mã viết trong dấu ngoặc đơn để chỉ số oxi hóa, nếu phức chất là axit thì thay
đuôi at bằng ic.
Ví dụ:

[Cu(NH3)4]SO4 : tetraamminđồng(II) sunfat.
K3[Fe(CN)6]

: Kali hexaxianoferat(III).

d, Liên kết trong phức chất [1, 14,18,19]
Liên kết hóa học là một vấn đề trung tâm quan trọng nhất của hóa học
hiện đại. Vì vậy, cùng với sự phát triển của nó, nhiều học thuyết về liên kết
hóa học đã lần lượt ra đời nhằm làm sáng tỏ bản chất của tương tác giữa các
nguyên tử trong các chất. Với phức chất- một bộ phận quan trọng của hóa học
vô cơ hiện đại, sau thuyết Werner, thuyết Kossel và thuyết Lewis cũng được
áp dụng để giải thích bản chất của sự tạo phức, cấu trúc và khả năng tồn tại

của chúng. Nhìn chung những thuyết còn nhiều hạn chế. Hiện nay, người ta
thường sử dụng ba thuyết sau đây vào việc giải thích bản chất liên kết trong
phức chất: thuyết liên kết hóa trị của Pauling, thuyết trường tinh thể, thuyết
obitan phân tử (MO).
* Thuyết liên kết hóa trị:
Đây là mô hình mở rộng của thuyết liên kết hóa trị áp dụng cho phức
chất. Theo mô hình này:
-

Phản ứng tạo phức được xem là phản ứng axit- bazơ Lewis, trong đó

ion kim loại trung tâm M đóng vai trò chất nhận các cặp electron (axit), phối
tử L đóng vai trò chất cho cặp electron (bazơ).

21


-

Trong phản ứng tạo phức ion kim loại trung tâm có xu hướng nhận

một số cặp electron sao cho có được lớp vỏ 18 electron của khí hiếm. Để nhận
các cặp electron từ các phối tử và có dạng hình học phù hợp, các obitan hóa
trị của ion kim loại trung tâm thường có sự lai hóa. Kiểu lai hóa được xác
định bởi số phối trí của kim loại trong phức chất.
Ưu điểm của thuyết liên kết hóa trị là mô tả một cách đơn giản và cụ
thể các liên kết σ trong phức chất và giải thích được từ tính của phức chất.
Tuy nhiên, nó không giải thích được phổ hấp thụ của phức hay nói chung là
tính chất quang học, đặc biệt là tính có màu của hầu hết các phức.
Ta xét một số ví dụ cụ thể về sự hình thành liên kết trong phức chất

theo thuyết liên kết hóa trị:
1. [Cu(NH3)4]SO4 : Sự hình thành ion phức [Cu(NH 3)4]2+ được mô tả
Cu2+ : 1s22s22p63s23p63d9 (Các obitan 4s, 4p còn trống)
Lai hóa sp3

như sau:

4s
2+

9

Cu (3d ):

4p

4d

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
3d9

NH3
NH3 NH3
NH
Ion Cu2+ kết hợp với NH3 tạo nên 3cation phức [Cu(NH3)4]2+ nhờ sự tạo
thành 4 liên kết cho- nhận giữa 4 cặp electron tự do của 4 phân tử NH 3 và 4
obitan lai hóa sp3 trống của ion Cu2+.
Trong phức chất còn 1 electron độc thân → nó có tính thuận từ.
2. [Ni(NH3)6]Cl2 : Sự hình thành ion phức [Ni(NH3)6]2+ được mô tả như
sau:

Ni2+ : 1s22s22p63s23p63d8 (Các obitan 4s, 4p còn trống)
Lai hóa sp3d2
4s

Ni (3d ): ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
2+

8

4p

4d

↑

3d8
NH3
NH3
22

NH3 NH3 NH3

NH3


Ion Ni2+ kết hợp với 6 phân tử NH3 để tạo thành phức bát diện nhờ sự
tạo thành 6 liên kết cho- nhận giữa 6 cặp electron tự do của 6 phân tử NH 3 và
6 obitan lai hóa sp3d2 trống của ion Ni2+.
Trong phức chất còn 2 electron độc thân → phức có tính thuận từ.
* Thuyết trường tinh thể:

Những luận điểm cơ bản :
- Phức chất tồn tại được là do sự tương tác tĩnh điện giữa ion trung tâm
và các phối tử.
- Cấu tạo electron của ion trung tâm được xem xét một cách chi tiết, tỉ
mỉ còn phối tử thì không chú ý đến cấu trúc mà chỉ xem là những điểm điện
tích tạo nên trường tĩnh điện bên ngoài đối với ion trung tâm, trường tĩnh điện
này tác dụng trực tiếp vào các obitan của ion trung tâm.
- Các phối tử xung quanh ion trung tâm được sắp xếp một cách xác
định, có đối xứng xác định tạo nên dạng hình học của phân tử phức.
- Áp dụng các định luật cơ học lượng tử để mô tả cấu tạo của phức chất.
Nội dung của thuyết : Nội dung cơ bản của thuyết này là sự tách mức năng
lượng của các obitan d của ion trung tâm dưới ảnh hưởng của trường phối tử.
Do đó, những phức chất có đối xứng khác nhau, sự tách mức sẽ khác nhau.
Sự tách mức năng lượng trong trường tinh thể:
Trong nguyên tử tự do cũng như ion tự do của kim loại chuyển tiếp, các
obitan d cùng một lớp(dxy , dxz , dyz , dz2 , dx2-y2) có năng lượng như nhau và
được gọi là suy biến. Dưới tác dụng của các phối tử, các obitan d suy biến sẽ
bị tách mức năng lượng. Sự tách năng lượng phụ thuộc vào từng loại trường
hay từng loại cấu hình của phối tử (obitan d nào ở gần phối tử bị đẩy mạnh
nên năng lượng tăng lên nhiều, còn những obitan d ở xa phối tử bị đẩy yếu
nên năng lượng tăng lên ít).

23


Sự tách các mức năng lượng của obitan d trong phức chất bát diện
dz2 dx2-y2
Năng lượng
3/5∆


∆0

0

2/5∆

0

Năng lượng trung bình
của obitan d trong
trường tinh thể

dxy dxz dyz
Sự tách mức năng
lượng các obitan d

Ion tự do

Sự tách các mức năng lượng của obitan d trong phức chất tứ diện
dxy dxz dyz
Năng lượng
2/5∆

T

3/5∆

T

Năng lượng trung bình

của obitan d trong
trường tinh thể

Ion tự do

∆T

dz2 dx2-y2
Sự tách mức năng lượng
các obitan d

Năng lượng tách: Hiệu của hai mức năng lượng được tách ra gọi là năng
lượng tách và được kí hiệu ∆. Ứng với cùng một ion trung tâm và cùng một
cấu hình của phức chất, giá trị của ∆ càng lớn nếu trường tạo ra bởi các phối
tử càng mạnh. Dựa vào khả năng tách mức d của các phối tử, người ta xếp
chúng thành một dãy và gọi là dãy phổ hóa:
CN- > NO2- > NH3 >NCS- > H2O > OH- >F- >Cl- >Br- > I- ....
Giá trị của năng lượng tách nằm trong giới hạn 1eV < ∆< 4eV, nghĩa là
tương đương với năng lượng của bức xạ trông thấy. Vì vậy phức chất của các
nguyên tố chuyển tiếp thường có màu.

24


Theo thuyết trường tinh thể, khả năng ghép đôi của electron trong phức
chất có liên quan với thông số tách năng lương ∆. Nếu năng lượng P cần thiết
để ghép đôi hai electron lớn hơn ∆ thì 5 obitan d của ion trung tâm lần lượt
được điền mỗi obitan một electron rồi sau đó mới điền tiếp electron thứ hai và
phức chất có spin cao. Nếu năng lượng P nhỏ hơn thì trước hết electron được
điền đủ cặp vào những obitan có năng lượng thấp và phức có spin thấp.

Thuyết liên kết hóa trị là một thuyết bán định lượng, được áp dụng để
giải thích thành công từ tính, nhất là màu của phức chất các kim loại chuyển
tiếp. Thuyết đã đề cập đến vấn đề đối xứng của phức chất, làm cơ sở cho việc
nghiên cứu hóa lập thể của chúng. Tuy nhiên, thuyết này vẫn còn một số tồn
tại như: không chú ý đến cấu trúc electron của nguyên tử nên không giải thích
được sự tồn tại của liên kết cộng hóa trị và liên kết π trong phức chất, nghĩa là
tính chính xác chưa cao. Sự tính toán mới chỉ ở mức gần đúng.
* Thuyết obitan phân tử: [18]
Thuyết liên kết hóa trị coi liên kết kim loại- phối tử là thuần túy cộng
hóa trị và thuyết trường tinh thể coi liên kết đó là thuần túy ion, trong khi thực
tế liên kết kim loại- phối tử trong hầu hết phức chất có một phần cộng hóa trị.
Bởi vậy, thuyết obitan phân tử tỏ ra bao quát và chính xác hơn khi giải thích
cấu tạo và tính chất của các phức chất.
Thuyết obitan phân tử coi phức chất cũng như phân tử hợp chất đơn
giản, là một hạt thống nhất bao gồm nguyên tử trung tâm và các phối tử.
Chuyển động của electron trong phân tử được mô tả bằng một hàm sóng ψ
gọi là obitan phân tử (MO). Obitan phân tử là tổ hợp tuyến tính các obitan
nguyên tử của nguyên tử trung tâm và phối tử. Điều kiện để các obitan
nguyên tử tổ hợp với nhau là chúng có thể che phủ nhau, nghĩa là có cùng
kiểu đối xứng. Obitan phân tử được tổ hợp nên có năng lượng thấp hơn các
obitan nguyên tử là obitan phân tử liên kết (MOlk) và obitan phân tử được tổ

25