Một phức kim loại thay đổi màu theo trạng thái oxi hóa của ion trung tâm. a. Giải thích nguyên nhân quang học (d-d transitions, charge-transfer) dẫn tới đổi màu khi oxi hóa/khử. b. Đề xuất một ứng dụng...

a. Nguyên nhân quang học dẫn tới đổi màu trong phức kim loại chủ yếu là do hiện tượng chuyển mức năng lượng d-d (d-d transitions) và chuyển điện tích (charge-transfer). Khi ion trung tâm của phức kim loại thay đổi trạng thái oxi hóa, mức năng lượng của các orbital d cũng thay đổi. Điều này ảnh hưởng đến cách mà ánh sáng tương tác với phức kim loại. - Trong trường hợp chuyển mức d-d, ánh sáng có thể được hấp thụ trong vùng quang phổ, làm cho màu sắc của phức kim loại thay đổi. Sự hấp thụ này xảy ra do electron trong các orbital d chuyển từ mức năng lượng thấp hơn lên mức năng lượng cao hơn. - Còn với chuyển điện tích, điều này xảy ra khi có sự chuyển giao điện tích từ ion trung tâm sang ligand hoặc ngược lại, tạo ra những thay đổi trong quang phổ hấp thụ và dẫn đến sự thay đổi màu sắc của phức. b. Một ứng dụng thực tế của tính chất đổi màu này là chế tạo cảm biến (sensor) để phát hiện nồng độ oxy hóa hoặc khử của một chất. Chẳng hạn, chúng ta có thể phát triển một cảm biến dựa trên phức ion Fe3+/Fe2+. Khi nồng độ của ion thay đổi (do sự oxi hóa hay khử), màu sắc của dung dịch cũng sẽ thay đổi. Cách hiệu chuẩn cảm biến có thể thực hiện như sau: 1. Chuẩn bị các dung dịch với nồng độ khác nhau của ion Fe3+ và Fe2+. 2. Sử dụng quang phổ để đo độ hấp thụ của mỗi dung dịch tại bước sóng cụ thể. 3. Lập biểu đồ giữa nồng độ và độ hấp thụ để tạo ra một đường chuẩn. 4. Sử dụng cảm biến để đo mẫu không xác định và đối chiếu với đường chuẩn để xác định nồng độ. c. Để xác định hằng số cân bằng oxi-hóa khử cho cặp phức oxi/khử, ta có thể thực hiện thử nghiệm sau: 1. Chuẩn bị một dung dịch chứa phức oxi (ví dụ, phức Fe3+) và phức khử (ví dụ, phức Fe2+). 2. Thêm một tác nhân khử (như vitamin C) vào dung dịch và theo dõi sự thay đổi màu sắc. 3. Sử dụng quang phổ để đo độ hấp thụ của dung dịch tại các thời điểm khác nhau. 4. Từ các giá trị đo được, tính toán nồng độ của các ion Fe3+ và Fe2+ theo phương trình định luật Beer-Lambert. 5. Sử dụng các nồng độ đã xác định để tính toán hằng số cân bằng bằng cách sử dụng phương trình: \( K_{eq} = \frac{[Fe^{3+}]}{[Fe^{2+}]} \) Nhờ vậy, chúng ta có thể xác định được hằng số cân bằng oxi-hóa khử cho cặp phức này.