So sánh chi tiết về liều lượng sử dụng của Na₂EDTA và Na₄EDTA trong ba ứng dụng cụ thể (phân bón, chống cáu cặn nước và tách vàng ra khỏi quặng).

Dựa trên các nguyên tắc hóa học, tính chất chất lượng của dung dịch cũng như các yêu cầu phản ứng dưới “điều kiện hóa lý tương đương”. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng các liều lượng thực tế phụ thuộc rất lớn vào thành phần cụ thể của hệ thống, pH, nồng độ ion kim loại, và các điều kiện vận hành khác. Dưới đây là các phân tích chuyên sâu:

Khái quát về Na₂EDTA và Na₄EDTA

Cả Na₂EDTA và Na₄EDTA đều là muối của axit ethylenediaminetetraacetic (EDTA), một chất chelat hóa mạnh, được sử dụng để liên kết với các ion kim loại. Sự khác biệt chính nằm ở số lượng ion natri:

Na₂EDTA

• Na₂EDTA: Thường tồn tại dưới dạng dihydrate (Na₂EDTA·2H₂O), có khối lượng phân tử khoảng 372,24 g/mol. Đây là muối disodium, cung cấp H₂EDTA²⁻ trong dung dịch, phù hợp hơn ở pH thấp hoặc trung tính.
  
  Na₄EDTA
• Na₄EDTA: Thường tồn tại dưới dạng tetrahydrate (Na₄EDTA·4H₂O), có khối lượng phân tử khoảng 452,23 g/mol. Là muối tetrasodium, cung cấp EDTA⁴⁻, hoạt động hiệu quả hơn ở pH kiềm.

Vì EDTA là thành phần hoạt động chính trong việc chelat hóa, liều lượng cần được so sánh dựa trên số mol EDTA cung cấp. Dưới cùng điều kiện hóa lý (pH, nhiệt độ, v.v.), hiệu quả chelat hóa phụ thuộc vào nồng độ mol của EDTA, nhưng liều lượng khối lượng sẽ khác nhau do sự chênh lệch về khối lượng phân tử.
1. Ứng dụng trong phân bón

Mục đích sử dụng

Trong phân bón, EDTA được dùng để chelat hóa các vi chất dinh dưỡng như sắt (Fe), kẽm (Zn), mangan (Mn), giúp cây trồng hấp thụ dễ dàng hơn. Liều lượng phụ thuộc vào hàm lượng kim loại cần chelat hóa và điều kiện đất trồng hoặc dung dịch thủy canh.

So sánh liều lượng

• Na₂EDTA: Thường được ưa chuộng trong phân bón, đặc biệt để chelat hóa sắt (Fe-EDTA), vì nó ít ảnh hưởng đến pH của dung dịch (pH trung tính đến axit nhẹ). Ví dụ, trong dung dịch thủy canh, nồng độ Fe-EDTA thường dao động từ 0,5–5 mg/L Fe, tương ứng với khoảng 2,5–25 mg/L Na₂EDTA·2H₂O (tỷ lệ mol 1:1 giữa EDTA và Fe).
• Na₄EDTA: Có thể được sử dụng, nhưng ít phổ biến hơn do tính kiềm mạnh, có thể làm tăng pH của dung dịch phân bón, đòi hỏi điều chỉnh pH bổ sung.

Dưới cùng điều kiện hóa lý, để cung cấp cùng một số mol EDTA (ví dụ, 1 mmol):

• Liều lượng Na₂EDTA·2H₂O = 1 mmol × 372,24 g/mol = 0,372 g.
• Liều lượng Na₄EDTA·4H₂O = 1 mmol × 452,23 g/mol = 0,452 g.
• Tỷ lệ: 452,23 / 372,24 ≈ 1,21, nghĩa là cần 1,21 lần khối lượng Na₄EDTA so với Na₂EDTA để đạt cùng hiệu quả chelat hóa.

Ví dụ thực tế

Nếu một công thức phân bón yêu cầu 10 g Na₂EDTA·2H₂O để chelat hóa 26,8 mmol Fe (tương đương 1,5 g Fe), thì cần khoảng 12,1 g Na₄EDTA·4H₂O để thay thế.
2. Ứng dụng trong chống cáu cặn nước

Mục đích sử dụng

EDTA được dùng để chelat hóa ion canxi (Ca²⁺) và magiê (Mg²⁺) trong nước, ngăn ngừa cáu cặn trong các hệ thống nồi hơi, làm mát công nghiệp, hoặc ống dẫn. Liều lượng phụ thuộc vào độ cứng của nước (tính bằng mg/L CaCO₃).

So sánh liều lượng

• Na₄EDTA: Thường được ưu tiên trong xử lý nước do độ hòa tan cao (hơn 1000 g/L ở 20°C) và phù hợp với điều kiện pH kiềm (pH 7–10), thường gặp trong các hệ thống công nghiệp. Ví dụ, để xử lý nước có độ cứng 100 mg/L CaCO₃ (1 mmol/L Ca²⁺), cần khoảng 1–1,5 mmol/L EDTA, tương ứng với 0,45–0,68 g/L Na₄EDTA·4H₂O.
• Na₂EDTA: Có thể dùng ở pH thấp hơn, nhưng độ hòa tan thấp hơn (khoảng 100 g/L) khiến nó ít phổ biến trong ứng dụng này.

Dưới cùng điều kiện hóa lý, để cung cấp 1 mmol EDTA:

• Na₂EDTA·2H₂O: 0,372 g.
• Na₄EDTA·4H₂O: 0,452 g.
• Tỷ lệ: Cần 1,21 lần khối lượng Na₄EDTA so với Na₂EDTA.

Ví dụ thực tế

Nếu hệ thống yêu cầu 1 g Na₂EDTA·2H₂O để xử lý 1 L nước cứng, thì cần 1,21 g Na₄EDTA·4H₂O để thay thế.
3. Ứng dụng trong tách Au ra khỏi quặng

Mục đích sử dụng

Dù không phổ biến bằng xyanua hoặc thiosulfat, EDTA có thể được dùng để hòa tan vàng bằng cách tạo phức với ion Au³⁺ trong các phương pháp thay thế thân thiện với môi trường. Hiệu quả phụ thuộc vào pH và điều kiện oxi hóa khử.

So sánh liều lượng

• Na₄EDTA: Phù hợp hơn trong điều kiện pH kiềm (pH >10), nơi EDTA⁴⁻ là dạng hoạt động chính để chelat hóa Au³⁺. Liều lượng có thể cần dư thừa (ví dụ, 100–500 mg/L) để đảm bảo hòa tan vàng từ quặng, tùy thuộc vào hàm lượng Au (thường vài g/tấn).
• Na₂EDTA: Có thể hiệu quả hơn ở pH thấp (pH 4–6), nhưng ít được sử dụng trong tách vàng do yêu cầu pH kiềm của quá trình.

Dưới cùng điều kiện hóa lý, để cung cấp 1 mmol EDTA:

• Na₂EDTA·2H₂O: 0,372 g.
• Na₄EDTA·4H₂O: 0,452 g.
• Tỷ lệ: Cần 1,21 lần khối lượng Na₄EDTA so với Na₂EDTA.

Ví dụ thực tế

Nếu một quy trình thử nghiệm dùng 10 g Na₂EDTA·2H₂O để xử lý 1 kg quặng chứa 5 g/t Au, thì cần 12,1 g Na₄EDTA·4H₂O để thay thế.

Kết luận

Dưới cùng điều kiện hóa lý:

• Để đạt được cùng một hiệu quả chelat hóa (số mol EDTA), liều lượng khối lượng của Na₄EDTA·4H₂O cao hơn khoảng 1,21 lần so với Na₂EDTA·2H₂O, do sự khác biệt về khối lượng phân tử (452,23 g/mol so với 372,24 g/mol).
• Phân bón: Na₂EDTA thường được ưa chuộng hơn do tính trung tính, nhưng nếu thay bằng Na₄EDTA, cần tăng liều lượng khối lượng 21%.
• Chống cáu cặn nước: Na₄EDTA phổ biến hơn nhờ độ hòa tan cao và phù hợp pH kiềm; liều lượng khối lượng cũng cao hơn 1,21 lần nếu thay Na₂EDTA.
• Tách Au ra khỏi quặng: Na₄EDTA phù hợp hơn ở pH kiềm, nhưng liều lượng khối lượng vẫn cao hơn 1,21 lần so với Na₂EDTA.

Tuy nhiên, trong thực tế, việc lựa chọn giữa Na₂EDTA và Na₄EDTA còn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng (độ hòa tan, pH, chi phí), dù dưới cùng điều kiện hóa lý, tỷ lệ liều lượng 1,21 là yếu tố chính để so sánh. Hy vọng câu trả lời này đáp ứng được mong đợi của bạn với kinh nghiệm dày dặn trong lĩnh vực này