METODI GRAVIMETRICI DI ANALISI

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1 METODI GRAVIMETRICI DI ANALISI I metodi gravimetrici si basano sulla misura della massa e sono sostanzialmente di due tipi: - nei metodi di precipitazione l analita viene trasformato in un precipitato scarsamente solubile; questo precipitato viene poi filtrato, lavato per togliere le impurità e trasformato in un prodotto a composizione nota mediante un opportuno riscaldamento. - nei metodi di volatilizzazione l analita o i suoi prodotti di decomposizione vengono volatilizzati. Il prodotto volatile può essere raccolto e pesato, oppure la massa del prodotto viene determinata indirettamente dalla perdita di massa del campione.

2 Esempio di un metodo gravimetrico di precipitazione La determinazione del calcio nelle acque naturali può essere effettuata come segue: 1 ad un volume accuratamente misurato d acqua si aggiunge un eccesso di acido ossalico, H 2 C 2 O 4. L aggiunta poi di ammoniaca fa si che tutto il calcio precipiti come ossalato di calcio in base alla reazione: Ca 2+ (acq) + C 2 O 4 2- (acq) CaC 2 O 4 (s) Il precipitato viene poi raccolto in un crogiuolo da filtro a peso noto, asciugato ed incenerito al calore rosso. Questo procedimento trasforma quantitativamente l ossalato di calcio in ossido di calcio in base alla reazione: CaC 2 O 4 (s) + calore CaO(s) + CO(g) + CO 2 (g) Il crogiuolo ed il precipitato vengono raffreddati e pesati e la massa del CaO viene detrminata per differenza, si calcola poi, in base alla stechiometria delle reazioni chimiche avvenute, il contenuto di calcio nel campione.

3 PROPRIETA DEI PRECIPITATI E DEI REAGENTI DI PRECIPITAZIONE I reagenti di precipitazione idealmente dovrebbero reagire specificamente o almeno selettivamente con l analita. I più comuni sono i reagenti selettivi, che reagiscono solo con un numero limitato di specie. Il prodotto di precipitazione che si ottiene dovrebbe avere alcune caratteristiche: - facilmente filtrato e purificato; - bassa solubilità - non reattivo con l atmosfera - a composizione nota dopo asciugatura o incenerimento.

4 DIMENSIONE DELLE PARTICELLE E FILTRABILITA DEI PRECIPITATI Sospensioni colloidali Sono difficilmente filtrabili poiché presentano particelle piccolissime (diametro cm) che non tendono a precipitare ma restano sospese nella soluzione. Cristalli Questi presentano dimensioni dell ordine del decimo di mm che si depositano facilmente e possono essere filtrati senza problemi.

5 DIMENSIONE DELLE PARTICELLE E FILTRABILITA DEI PRECIPITATI I precipitati si formano per nuclezione e per crescita delle particelle. Se predomina la nucleazione si forma un gran numero di particelle molto piccole. Se predomina la crescita delle particelle si ottiene un numero minore di particelle più grandi.

6 METODI DI ANALISI BASATI SU TITOLAZIONE La titolazione quantitativa è di tre tipi: - Volumetrica (la più utilizzata), implica la misura del volume di una soluzione a concentrazione nota che reagisce con l analita - Gravimetrica, viene misurata la massa del reagente noto - Coulometrica, viene misuratala corrente elettrica continua che provoca la reazione dell analita da deteminare.

7 Definizione dei termini nelle titolazioni volumetriche SOLUZIONE STANDARD (o titolante standard) è un reagente a concentrazione nota, usato per eseguire un analisi per titolazione. PUNTO DI EQUIVALENZA, si ha quando la quantità di titolante aggiunto è chimicamente equivalente alla quantità di analita nel campione. PUNTO FINALE, il punto di equivalenza non può mai essere misurato con esattezza ma può essere stimato valutando o misurando una qualche variazione fisica associata alla condizione di equivalenza. STANDARD PRIMARI, sono composti ad elevata purezza che servono come materiali di riferimento in tutti i metodi basati su titolazioni volumetriche e di massa.

8 CARATTERISTICHE DEGLI STANDARD PRIMARI ELEVATA PUREZZA STABILITA ALL ARIA ASSENZA DI ACQUA DI IDRATAZIONE DISPONIBILITA A COSTO MODESTO SOLUBILITA NEL MEZZO DI TITOLAZIONE MASSA MOLARE GRANDE PER RISURRE AL MINIMO L ERRORE DI PESATA

9 INDICATORI ACIDO-BASE Esistono numerosi acidi organici deboli che cambiano colore per perdita di un protone: composti con queste caratteristiche vengono chiamati indicatori, perché sono in grado di indicare, mediante il loro colore, il ph di una soluzione. Un esempio di indicatore è il metilarancio, che indichiamo HIn, la forma acida del metilarancio, HIn, è rossa, mentre la base coniugata, In -, è gialla. HIn(aq) + H 2 O(l) = H 3 O + (aq) + In - (aq) rosso giallo

10 INDICATORI ACIDO-BASE L equilibrio è descritto dalla costante di dissociazione acida dell indicatore: K ai = [H 3 O + ][In - ]/[HIn]. Ovvero: [H 3 O + ] = K ai [HIn]/[In - ] Se nella soluzione sono presenti le due forme dell indicatore in quantità simile, cioè se [HIn] [In - ] allora la soluzione appare color arancio. In questo caso [H 3 O + ] K ai, ovvero ph pk ai Il colore della forma acida è apprezzabile ad occhio quando: [HIn]/[In - ] 10/1 Il colore della forma basica è apprezzabile ad occhio quando: [HIn]/[In-] 1/10

11 INDICATORI ACIDO-BASE Oppure, considerando la concentrazione degli ioni idronio e applicando il logaritmo, si ottiene che il range dell indicatore è dato dalla relazione: Intervallo di ph dell indicatore = pk ai 1 Ad esempio, il rosso metile ha un pk di 5,00, quindi il suo range di viraggio sarà tra 4 e 6.

12 INDICATORI ACIDO-BASE

13 TITOLAZIONI ACIDO-BASE Le reazioni acido base sono reazioni di neutralizzazione e risultano complete quando il numero delle moli della base che ha reagito è uguale al numero delle moli di acido che ha reagito, ovvero quando: M acido V acido = M base V base Si supponga di aggiungere lentamente una soluzione acquosa di una base forte, come NaOH(aq), ad una soluzione acquosa di un acido forte, come HCl(aq): questa operazione viene detta titolazione ed il grafico del ph della soluzione risultante in funzione del volume della soluzione aggiunta, cioè il titolante, è detta curva di titolazione. Nelle titolazioni gli indicatori vengono utilizzati per evidenziare il completamento della reazione acido base: il punto in cui l indicatore cambia il colore è detto punto finale o punto di viraggio.

14 TITOLAZIONI ACIDO-BASE

15 TITOLAZIONI ACIDO-BASE Gli acidi deboli possono essere titolati con basi forti.

16 TITOLAZIONI ACIDO-BASE Le basi deboli possono essere titolati con acidi forti.

17 SOLUZIONI TAMPONE Una soluzione contenente sia un acido debole che la sua base coniugata può resistere alla variazione di ph derivante dall aggiunta di un acido o di una base reagendo con l acido o la base stessi: una soluzione che si oppone alle variazioni di ph dovute all aggiunta di acidi o di basi è detta tampone. EQUAZIONE DI HENDERSON-HASSELBALCH