Laboratorio di Chimica

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1 Laboratorio di Chimica Docente: prof. Giovanna Iucci Esercitazioni di Laboratorio (CISDiC) Frequenza obbligatoria: prenotarsi! Sulle esperienze: relazione richiesto: camice 1) Titolazione H 2 C 2 O 4 /NaOH 2) Titolazioni potenziometriche: phmetro Dispense delle esercitazioni di laboratorio Fotocopie lucidi lezioni

2 Sicurezza Il laboratorio chimico è un luogo potenzialmente pericoloso. Incidenti più gravi: incendi, esplosioni Infortuni comuni: ustioni, tagli, danni da sostanze pericolose Nel laboratorio: -Porte che aprono verso l esterno (antipanico) -Uscite di sicurezza -Zone pericolose segnalate -Estintori -Doccia di emergenza -Cassetta pronto soccorso -Cappe aspiranti -Sistema di aerazione

3 Norme elementari Indossare camice e scarpe chiuse Se necessario proteggere gli occhi (occhiali) Usare guanti per sostanze corrosive, nocive o irritanti Operare sotto cappa per gas, vapori, fumi irritanti o pericolosi Tenere i banchi puliti e ordinati Non mangiare o bere nel laboratorio e non bere dai recipienti di uso Non fumare Non fare esperienze non autorizzate Non operare mai da soli in laboratorio Attenzione alle sostanze infiammabili,esplosive, tossiche o corrosive Evitare ustioni da piastra o da vetreria Non versare nei lavandini reagenti e solventi ma usare gli appositi contenitori Lavarsi le mani a fine turno

4 Potenziali fonti di rischio in laboratorio Vetreria (tagli, ustioni, esplosioni) -Maneggiare la vetreria delicatamente - Se necessario proteggersi le mani -Non fare il vuoto in apparecchi di vetro incrinati -Non compiere prelievi di liquidi o pipette aspirando con la bocca - Manipolare la vetreria riscaldata con pinze o guanti -Calore: Piastre e mantelli riscaldanti; stufe (ustioni) Attenzione alle fonti di calore ed in particolare alle fiamme libere -Elettricità Non toccare apparecchi elettrici con le mani bagnate -Sostanze Chimiche Volatili e non volatili

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6 Rischi per la salute Interagiscono con il sangue il sistema nervoso o altri sistemi vitali Particolarmente pericolose le sostanze gassose: Cl 2, HCN, CO, HF, H 2 S, SO 2, etc.. Lavorare sotto cappa Per le più rischiose: Maschere In caso di incidente: Uscire all aria aperta Somministrare O 2 Respirazione artificiale Medico

7 Interagiscono con i tessuti organici per: - Contatto cutaneo - Ingestione - Inalazione - Acidi: HCl, H 2 SO 4, HNO 3, H 3 PO 4, HF etc. - Basi: NaOH, KOH, CaO etc. Anidride acetica, H 2 O 2,, Br 2 etc. Cosa fare: proteggere le mani (guanti) e gli occhi (occhiali) Se volatili: lavorare sotto cappa In caso di incidente: lavaggio energico con acqua e sostanze neutralizzanti

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9 Sostanze che a T elevata a contatto con O 2 tendono a bruciare con sviluppo di fiamme Gas: H 2, CH 4, C 2 H 2 etc Solventi volatili: MeOH, EtOH, Acetone, esano, etere etilico, etere di petrolio, etc.. Maneggiare in piccole quantità Tenere lontano da fiamme e scintille Se ustionati usare la pomata a.u. O Comburente: a contatto con sostanze infiammabili provoca una forte reazione esotermica Sostanze che danno luogo a reazioni estremamente veloci, accompagnate da emissione di energia e sviluppo di gas: Cloriti, clorati, perclorati, perossidi organici, idrazina, acetiluri, nitrati organici e inorganici etc. Evitare riscaldamenti, compressioni, urti sfregamenti

10 Sui prodotti pericolosi debbono essere sempre riportate le frasi di rischio, R ed i consigli di prudenza, S. R 1 Esplosivo allo stato secco R2 Rischio di esplosione per urto, sfregamento, fuoco o altre sorgenti di ignizione.. S1 Conservare sotto chiave S2 Conservare fuori della portata dei bambini. S3 Conservare in luogo fresco

11 TITOLAZIONI Determinazione della concentrazione di una soluzione a titolo incognito mediante reazione con una soluzione a titolo noto. -Nella buretta: soluzione da titolare (B) -Nel becher: volume noto (V A ) di soluz. A titolo noto (N A ) (o viceversa) Si aggiunge sol. B a sol. A fino al punto di equivalenza Si misura V B all equivalenza A + B prodotti n eqa = n eqb N A V A = N B V B Reazione: deve essere quantitativa, veloce, a stechiometria definita Determinazione punto di equivalenza: - Mediante indicatori; Strumentalmente, (misure potenziometriche).

12 TITOLAZIONI ACIDO-BASE ACIDO FORTE - BASE FORTE NaOH HCl 0,100 N NaOH ~0,1 N HCl V B = 0 [H 3 O + ]=0,1 M ph=- log [H 3 O + ]=1 n eqa = n eqb N A V A = N B V B HCl + NaOH NaCl + H 2 O

13 ACIDO DEBOLE - BASE FORTE NaOH CH 3 COOH 0,10 N = c Ka=1,8x10-5 NaOH ~0,1 N CH 3 COOH +NaOH CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH V B =0 CH 3 COOH +H 2 O CH 3 COO - +H 3 O + c-x ~ c x x K a = [CH 3 COO - ][H + ] [CH 3 COOH] = x2 c [H 3 O + ]=x = Kaxc = 1,8x10-5 x0,1= 1,34x10-3 M ph=-log[h 3 O + ]=2,9

14 CH 3 COOH +NaOH CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH +OH - CH 3 COO - + H 2 O 50% di titolante aggiunto Soluzione tampone [CH 3 COOH] =c A [CH 3 COO - ] =c S [CH 3 COO - ][H 3 O + ] K a = = c S[H 3 O + ] [CH 3 COOH] c A [H 3 O + ] = K a c S c A K ph= -log a c S = pk a + log c A c S c A c A =c S ph=pk a

15 CH 3 COOH +NaOH CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH +OH - CH 3 COO - + H 2 O Punto di equivalenza CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH +OH - K i = [CH 3 COOH][OH - ] [CH 3 COO - ] K w K i = K = = 5,5x10-11 a 1,8x10-5

16 Es titolazione H 3 PO 4 /NaOH H 3 PO 4 + OH - H 2 PO 4- + H 2 O H 2 PO 4- + OH - HPO H 2 O HPO OH - PO H 2 O ACIDI POLIPROTICI

17 Punto finale di una titolazione: a) Metodi strumentali b) Indicatori Indicatori acido-base HInd + H 2 O Ind - + H 3 O + colorea colore B K Ind = [Ind- ][H 3 O + ] [HInd] [H 3 O + ]=K Ind [HInd] [Ind - ] ph=pk Ind +log [Ind- ] [HInd] Viraggio: [HInd] = [Ind - ] ph=pk Ind [H 3 O + ]=K ind Col. A [HInd] >> [Ind - ] ph<pk Ind [H 3 O + ]>K ind Col. B [HInd] << [Ind - ] ph>pk Ind [H 3 O + ]<K ind [HInd] =10[Ind - ] ph=pk Ind -1 [Ind - ] =10[HInd] ph=pk Ind +1 ph = pk Ind ± 1 intervallo di viraggio colore A colore B

18 Indicatore pk Ind Intervallo col. A col. B metilarancio 3,7 3,1 4,4 rosso giallo rosso metile 5,1 4,4 6,2 rosso giallo blu bromotimolo 7,0 6,2 7,6 giallo blu rosso fenolo 7,9 6,4 8,0 giallo rosso fenolftaleina 9,4 8,0 10,0 incolore viola Acido forte-base forte Acido debole-base forte fenolftaleina blu bromot. rosso metile

19 Esperienza 1 Titolazione H 2 C 2 O 4 /NaOH H 2 C 2 O 4. 2H 2 O sostanza madre 250 ml soluzione a titolo noto 0,15 N NaOH assorbe H 2 O, CO 2 NaOH NaOH + CO 2 NaHCO 3 1,0 l soluzione a titolo approssimato 0,10 N O OH C Ka 1 =5, C Ka 2 =5, O OH H 2 C 2 O 4 NaOH Peq = PM g NaOH =N B V B Peq NaOH H 2 C 2 O 4 Peq = PM/2 g H2 C 2 O 4 =N a V B Peq H2 C 2 O 4 H 2 C 2 O 4 + H 2 O HC 2 O H 3 O + HC 2 O 4- + H 2 O C 2 O H 3 O + Ka 1 = [HC 2O 4 - ][H 3 O + ] [H 2 C 2 O 4 ] Ka 2 = [C 2O 4 2- ][H 3 O + ] [HC 2 O 4 - ]

20 1) H 2 C 2 O 4 + OH - HC 2 O 4- + H 2 O 2) HC 2 O 4- + OH - C 2 O H 2 O H 2 C 2 O 4 + 2OH - C 2 O H 2 O H 2 C 2 O 4 + 2NaOH Na 2 C 2 O 4 +2H 2 O C 2 O H 2 O HC 2 O 4- + OH - [HC 2 O - 4 ][OH - ] x 2 K i = [C 2 O 2- = 4 ] c S K w 10 K i = K = -14 = 1,9x10-11 a2 5,2x10-5 [OH - ] = K i. c S all equivalenza ph 9 indicatore fenolftaleina pka= 9,4 Viraggio 8,2-10

21 Potenziometria Misura f.e.m. di una pila E pila = E mis -E ref Elettrodo di misura Elettrodo di riferimento Elettrodi di II specie Ag AgCl KCl AgCl (s) Ag + (aq) + Cl- (aq) K PS =[Ag + ][Cl - ] [Ag + ]= K PS /[Cl - ] Ag + + e - Ag AgCl + e - Ag + Cl - E Ag + /Ag = E Ag + /Ag + 0,059log [Ag + ] = E Ag + /Ag + 0,059log(K PS /[Cl - ]= E Ag + /Ag + 0,059log K PS -0,059 log [Cl - ] = E AgCl/Ag = E AgCl/Ag - 0,059log [Cl - ] AgCl Ag KCl

22 Elettrodi a membrana scambio ionico Elettrodo a vetro H + Na 2 O 22% CaO 6% SiO 2 72%72% Vetro: tetraedri SiO 4 Sol. ph 1 H + Vetro C + d.d.p. Sol. ph 2 C + H + Si O C + H + esterno H + interno [H = clog [H + V + ] ] int est Potenziale: di membrana dell elettrodo di riferimento interno di asimmetria

23 phmetro Elettrodo a vetro Membrana di vetro Ag (s) AgCl (s) Cl - (aq) H+ (aq) est. H+ (aq) int Cl- (aq) AgCl (s) Ag (s) Elettrodo di riferimento E= E*+(cT)pH al phmetro H + esterno (analita) H + interno costante Elettrodo di riferimento interno elettrodo di riferimento elettrodo a vetro soluzione a ph incognito filo di Ag sottile membrana di vetro filo di Ag vetro a pareti spesse sottile membrana di vetro HCl 0,1M saturato con AgCl

24 Titolazioni potenziometriche esp. 2 NaOH al potenziometro elettrodo di misura elettrodo di riferimento CH 3 COOH Metodo delle derivata prima V NaOH ph ph V ph V