Università degli Studi di Roma Tre. Corso di Laurea in Scienze Biologiche NOR. Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica

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1 Università degli Studi di Roma Tre Corso di Laurea in Scienze Biologiche OR Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica Prof.ssa Chiara Battocchio A.A. 2016/2017

2 orme generali di sicurezza in laboratorio - Indossare camice e scarpe - Proteggere gli occhi (occhiali) - Usare guanti quando si lavora con sostanze corrosive, nocive, irritanti - Usare la cappa aspirante quando si lavora con: sostanze tossiche; solventi organici; reazioni in cui si ha sviluppo di gas - Tenere i banchi puliti e ordinati - on operare da soli - on usare fiamme libere - on mangiare o bere nel laboratorio - on usare utensili di laboratorio per cibi e/o bevande - on fumare nel laboratorio - on toccare i reattivi con le mani - on toccare con le mani bagnate apparecchi elettrici - on versare nei lavandini reagenti e solventi - on versare solventi infiammabili nei cestini per rifiuti - Lavarsi le mani a fine turno -Porte che aprono verso l esterno (antipanico) -Uscite di sicurezza -Estintori -Doccia di emergenza -Cassetta pronto soccorso Dispositivi di sicurezza nel laboratorio Prevenzione antincendio - Tenere le fonti di riscaldamento a fiamma libera lontano da liquidi volatili infiammabili - Controllare l impianto elettrico - Chiudere a tenuta i contenitori dei solventi infiammabili - on immagazzinare i solventi in laboratorio ma conservarli in ambienti idonei - Manipolare con cautela sostanze che a contatto con aria o acqua si infiammano o svolgono gas infiammabili - Smaltire le sostanze nei modi idonei - Vetreria (tagli, ustioni, esplosioni) - Piastre riscaldanti (ustioni) - Sostanze chimiche: contatto cutaneo Ingestione Inalazione Potenziali fonti di rischio in laboratorio

3 Sostanze pericolose - Corrosive: Acidi: HCl, H 2 SO 4, HO 3, H 3 PO 4, HF etc. Basi: aoh, KOH, CaO etc.. H 2 O 2 Interazione con tessuti organici (contatto cutaneo, inalazione, ingestione) Lavare con H 2 O. - Tossiche: (HC, CO, Cl 2, H 3, HF, H 2 S, SO 2, CS 2 ) sostanze gassose o volatili Interazione (piccole quantità) con il sangue ed il sistema nervoso o altri sistemi Esporre all aria; somministrare ossigeno. - Infiammabili: (H 2, CH 4, acetilene, alcol metilico, alcol etilico, acetone, esano, etere di petrolio ) Sostanze che a contatto con l ossigeno, ad alta temperatura, bruciano con sviluppo di fiamme Tenere a distanza dalle fonti di calore, fiamme o scintille. - Esplosive: cloriti, clorati, idrazina, acetiluri Sostanze che possono esplodere per esposizione a fonti di calore, in seguito ad urto o per attrito Conservare lontano dalle fonti di calore e dalle sostanze infiammabili; evitare urti, riscaldamenti, compressioni. Esplosivi (E) Tossici (T) Infiammabili (F) Molto infiammabili (F+) Corrosivi (C) Comburenti (O) Radioattivi (R) ocivi (Xn) Irritantii (Xi)

4 Esperienza 1 Titolazione redox: acido ossalico-permanganato di potassio (gruppi di due persone) In questa esperienza una soluzione di H 2 C 2 O 4.2H 2 O (acido ossalico diidrato) viene utilizzata per standardizzare una soluzione di KMnO 4 in presenza di H 2 SO 4. L'acido ossalico diidrato ha una composizione nota e costante e può essere ottenuto in forma molto pura; viene quindi usato come sostanza madre. Procedimento Preparazione di una soluzione a titolo noto di acido ossalico (250 ml per due gruppi) - Pesare in un becher da 50 ml la quantità di H 2 C 2 O 4.2H 2 O necessaria ad ottenere 250 ml di una soluzione 0,15. - Sciogliere l acido ossalico in acqua distillata e trasferire la soluzione nel matraccio da 250 ml mediante l imbuto. - Lavare più volte le pareti del becher con acqua distillata, facendo attenzione a raccogliere nel matraccio tutte le acque di lavaggio, il cui volume complessivo deve in ogni caso essere nettamente al di sotto del collo del matraccio. - Aggiungere molto lentamente nel matraccio acqua distillata, fino a che il menisco inferiore non raggiunga la tacca del matraccio. Le ultime aggiunte vanno eseguite con la pipetta pasteur. Tappare il matraccio e agitare la soluzione. Standardizzazione della soluzione di KMnO4. - Versare parte della soluzione a concentrazione incognita di KMnO 4 nella buretta usando l'imbuto e lavare più volte con piccole porzioni di soluzione le pareti interne della buretta ("avvinamento" della buretta). - Porre la buretta nel portaburetta e, dopo averla riempita con la soluzione di KMnO 4, procedere all'azzeramento, facendo coincidere la tacca dello zero con il menisco della soluzione. Evitare l'errore di parallasse ponendosi alla stessa altezza del punto di lettura. (Poiché il colore intenso della soluzione può rendere difficile la lettura della scala graduata sulla buretta, si raccomanda di sfruttare la caratteristica della banda colorata di apparire spezzata proprio in corrispondenza del menisco del liquido.) - Prelevare 10 ml di soluzione 0,15 di acido ossalico mediante la pipetta tarata precedentemente avvinata e trasferirli nel becher da 250 ml. - Aggiungere goccia a goccia circa 2 ml di H 2 SO 4 concentrato (sotto cappa e con l aiuto degli assistenti) e portare ad un volume complessivo di circa 50 ml, aggiungendo acqua distillata lungo le pareti. - Collocare il becher contenente la soluzione di acido ossalico al di sotto della buretta, in modo che la punta del rubinetto sia prossima alla parete del becher, e disti poco più di un centimetro dalla superficie libera della soluzione. - Aggiungere qualche ml di titolante. La soluzione assumerà un colore violetto persistente. Se la soluzione non si decolora spontaneamente dopo qualche minuto, portare il becher sulla piastra riscaldante a circa 70 C fino a che la soluzione non ritorni ad essere incolore. - Dopo questa prima fase, proseguire l'aggiunta del titolante. Questa deve avvenire goccia a goccia, evitando che sulle pareti della buretta rimangano gocce di soluzione. Procedendo con la titolazione, nel punto di caduta delle gocce, si andrà formando una colorazione rosa-lilla. E

5 necessario agitare la soluzione manualmente o con la bacchetta di vetro, al fine di rendere la concentrazione della soluzione omogenea; in seguito ad agitazione la soluzione tornerà incolore. - A mano a mano che si procede con le aggiunte, la colorazione locale diventa sempre più intensa e persistente. Ciò segnala che il punto di fine titolazione si sta avvicinando, ed è quindi necessario rallentare la velocità di erogazione dalla buretta. - Quando l'aggiunta di una goccia colora la soluzione per almeno trenta secondi, leggere il volume di titolante impiegato; questo è il punto di fine titolazione. - Ripetere la titolazione per almeno tre volte, verificando che tra i volumi di titolante richiesti nelle differenti titolazioni ci sia una discrepanza piccola e compatibile con l'errore sperimentale presumibile. Se una delle titolazioni si discostasse significativamente dalle altre, sarà necessario procedere ad un'ulteriore prova, scartando la titolazione in disaccordo. - Fare la media aritmetica dei volumi delle titolazioni non rigettate e calcolare la normalità della soluzione di KMnO 4. Materiali - H 2 C 2 O 4.2H 2 O - soluzione acquosa di KMnO 4 a titolo incognito - H 2 SO 4 conc. - H 2 O distillata Strumentazione - 1 portaburette con pinza a ragno - 1 buretta da 50 ml (0,1 ml) con rubinetto in teflon - 1 becher da 250 ml - 1 becher da 50 ml - 1 imbuto - 1 pipetta tarata a doppia tacca da 10 ml - 1 propipetta - 1 pipetta pasteur con tettarella - 1 spruzzetta - 1 bacchetta di vetro - matraccio tarato da 250 ml (1 ogni due postazioni) spatolina d'acciaio - bilancia - piastra riscaldante

6 Esperienza 2 Titolazione acido base: acido ossalico-idrossido di sodio (gruppi di due persone). Una soluzione a titolo noto di H 2 C 2 O 4.2H 2 O (acido ossalico diidrato) viene usata per standardizzare un soluzione di aoh, in presenza dell indicatore fenolftaleina. L'acido ossalico diidrato ha una composizione nota e costante e viene quindi usato come sostanza madre. Procedimento Preparazione di una soluzione a titolo noto di acido ossalico (250 ml per due gruppi) - Pesare in un becher da 50 ml la quantità di H 2 C 2 O 4.2H 2 O necessaria ad ottenere 250 ml di una soluzione 0,15. - Sciogliere l acido ossalico in acqua distillata e trasferire la soluzione nel matraccio da 250 ml. - Lavare più volte le pareti del becher con acqua distillata, facendo attenzione a raccogliere nel matraccio tutte le acque di lavaggio, il cui volume complessivo deve in ogni caso essere nettamente al di sotto del collo del matraccio. - Aggiungere molto lentamente nel matraccio acqua distillata, fino a che il menisco inferiore non raggiunga la tacca del matraccio. Le ultime aggiunte vanno eseguite con la pipetta pasteur. Tappare il matraccio e agitare la soluzione. Preparazione della soluzione di aoh (1 l per 4-5 gruppi) - Pesare in un becher da 50 ml, rapidamente ed approssimativamente la quantità di aoh (attenzione: aoh solido non deve essere toccato con le mani) necessaria per ottenere un litro di soluzione 0,1. - Versare acqua distillata nel becher e agitare con la bacchetta di vetro. - Versare nel matraccio da 1 litro la soluzione contenuta nel becher, servendosi dell imbuto. - Aggiungere altra acqua nel becher fino a completa solubilizzazione dell idrossido di sodio e poi sciacquare un paio di volte ancora, versando sempre queste acque nel matraccio. - Aggiungere l'acqua distillata necessaria per portare il volume della soluzione ad 1 litro e subito chiudere; agitare la soluzione. Titolazione - Avvinare la buretta e riempirla con la soluzione di aoh usando l imbuto, come descritto nell esperienza precedente - Procedere all'azzeramento, facendo coincidere la tacca dello zero con il menisco della soluzione. - Mediante la pipetta tarata precedentemente avvinata, prelevare 10 ml della soluzione di acido ossalico e travasarli nel becher da 250 ml; aggiungere circa 10 ml d'acqua mediante la spruzzetta, avendo l'accortezza che il liquido scorra lungo le pareti. - Aggiungere due gocce della soluzione di fenolftaleina: la soluzione deve rimanere incolore. - Collocare il becher contenente la soluzione al di sotto della buretta ed iniziare l'aggiunta del titolante, agitando contemporaneamente la soluzione. - All inizio non si osserverà alcuna colorazione; poi, man mano, nel punto di caduta delle gocce, si andrà formando una colorazione rosa-lilla. Ciò segnala che il punto di fine titolazione si sta avvicinando, ed è quindi necessario rallentare la velocità di erogazione dalla buretta. - Quando l'aggiunta di una goccia colora la soluzione per almeno quaranta secondi, si legge il volume di titolante impiegato; questo è il punto di fine titolazione. - Anche in questo caso, la titolazione va ripetuta e le prove che danno risultati incompatibili con le altre vanno scartate, mentre si farà la media aritmetica dei volumi delle titolazioni non rigettate.

7 Materiali - H 2 C 2 O 4.2H 2 O acido ossalico diidratato - idrossido di sodio in gocce - soluzione etanolica (EtOH:H 2 O= 9:1 in volume) di fenolftaleina in bottiglia con contagocce - H 2 O distillata Strumentazione - 1 portaburette con pinza a ragno - 1 buretta da 50 ml (0,1 ml) con rubinetto in teflon - 1 becher da 250 ml - 2 becher da 50 ml - 1 imbuto - 1 pipetta tarata a doppia tacca da 10 ml - 1 propipetta - 1 pipetta pasteur con tettarella - 1 spruzzetta - 1 bacchetta di vetro - matraccio tarato da 1 l (1 ogni quattro postazioni) - matraccio tarato da 250 ml (1 ogni due postazioni) - spatolina d'acciaio - spatolina d'osso - bilancia Esercitazione 3 Determinazione spettrofotometrica del Ferro (II) nell'acqua con fenantrolina. (gruppi di 6-8 persone) La spettrofotometria visibile (colorimetria) viene qui applicata per la determinazione quantitativa del ferro (II). La colorimetria consente di condurre delle analisi quantitative accurate di soluzioni di sostanze colorate. Il metodo è applicabile anche alle sostanze incolori se è possibile prepararne dei derivati colorati. In questa esperienza useremo uno spettrofotometro per determinare le concentrazioni di soluzioni di Fe 2+, con il metodo alla fenantrolina. Determinazione del ferro (II). Il ferro può essere analizzato dopo averlo portato in soluzione ed, eventualmente, averlo ridotto a ione ferroso. La reazione tra Fe 2+ e 1,10-fenantrolina (o-fenantrolina C 12 H 8 2 ) porta alla formazione di un complesso ottaedrico, colorato in rosso-arancio, che si presta ottimamente per l'analisi colorimetrica: 3 + Fe2+ Fe2+ 3

8 3 + Fe 2+ Fe 2+ = Fe 2+ 3 L'intensità del colore è indipendente dal ph della soluzione nell'intervallo 3-9. Il complesso è molto stabile, il colore non varia apprezzabilmente per lungo tempo e la legge di Lambert-Beer è rispettata. Il ph della soluzione viene quindi tamponato aggiungendo acetato di sodio. Infatti a ph troppo acidi (<3) la fenantrolina viene protonata ed, essendo carica positivamente, reagisce meno con gli ioni Fe 2+, mentre a ph troppo basici (>9) il Fe 2+ precipita come idrossido. Poichè il ferro deve essere allo stato di Fe 2+ per formare il complesso colorato, bisogna aggiungere un agente riducente come il cloridrato di idrossilammina (H 2 OH.HCl), per evitare l'ossidazione a Fe 3+ ad opera dell'ossigeno dell'aria. Dopo aver preparato alcune soluzioni a concentrazione nota a partire da una soluzione madre del sale (H 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O, si misureranno le assorbanze e si traccerà la retta di taratura. Si determinerà poi la concentrazione di una soluzione incognita di Fe 2+. Il metodo si presta alla determinazione del ferro in un campione d'acqua. elle acque il ferro è quasi sempre presente (in dipendenza dalla composizione del suolo), in forma colloidale o legato a composti organici. Per un'acqua potabile la concentrazione massima ammissibile è di 1,0 mg/l; oltre questo valore l'acqua ha gusto e colorazione sgradevoli e si può verificare la proliferazione di ferrobatteri. Procedimento Prima dell esperienza: preparazione delle soluzioni standard di Fe 2+ E stata preparata una soluzione madre del sale ferroso (H 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O: 0,35 g del sale sono stati disciolti in acqua distillata insieme a 12,5 ml di H 2 SO 4 concentrato e portati a volume in un matraccio da 500 ml. 50 ml di soluzione così preparata sono stati prelevati e portati a volume con acqua distillata in un matraccio tarato da 500 ml. La concentrazione di Fe 2+ nella soluzione così ottenuta (soluzione madre) è [Fe 2+ ] = 1,78x10-4 M = 0,178 mm. Sono state preparate inoltre le seguenti soluzioni: a) 10 g di cloridrato di idrossilammina (H 2 OH.HCl) vengono disciolti in H 2 O fino ad un volume di soluzione pari a 100 ml; b) 10 g di soluzione di acetato di sodio triidrato (CH 3 COOa. 3H 2 O) vengono disciolti in H 2 O fino ad un volume di soluzione pari a 100 ml; c) 0,25 g di 1,10 fenantrolina monoidrato (C 12 H 8 2.H 2 O) vengono disciolti in H 2 O fino ad un volume di soluzione pari a 100 ml. Con la soluzione madre e le soluzione a, b, c, sono state preparate 5 soluzioni a diversa concentrazione di Fe 2+, in 5 matracci tarati da 100 ml. In ogni matraccio sono stati aggiunti: - 1 ml di soluzione di cloridrato di idrossilammina (a); - 8 ml di soluzione di acetato di sodio (b); - 5 ml di soluzione di 1,10 fenantrolina (c). Sono stati quindi aggiunti nei 5 matracci da 100 ml volumi crescenti di soluzione madre di sale ferroso: matraccio volume conc. finale [Fe 2+ ] 1 0 ml 2 10 ml

9 3 20 ml 4 25 ml 5 35 ml Le soluzioni nei matracci sono state portate al volume finale di 100 ml e lasciate a riposo per almeno 10 minuti. Determinazione del Fe 2+ - Accendere lo spettrofotometro almeno 10 minuti prima di compiere le misure. - Determinare dello spettro di assorbimento tra 450 e 600 nm usando una delle soluzioni a concentrazione nota ed il bianco. - Misurare l'assorbanza a 510 nm per ciascuna soluzione, usando il bianco come riferimento. Dai dati ottenuti si costruisce la retta di taratura. - Determinare l assorbanza della soluzione incognita e calcolare la sua concentrazione in mmoli/l (mm) e in moli/litro (M). Materiali - (H 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O - H 2 SO 4 conc. - idrossilammina cloridrato, H 2 OH.HCl - 1,10-fenantrolina monoidrato, C 12 H 8 2.H 2 O - CH 3 COOa. 3H 2 O Strumentazione - spettrofotometro - celle di vetro da 1 cm - 6 matracci tarati da 100 ml (per la retta di taratura e la misura)

10 Esperienza 4 4a) Acidi e basi: titolazione di base forte con acido forte per via potenziometrica. (gruppi di quattro persone) el corso di una precedente esperienza sulla preparazione di soluzioni standard di acidi e basi (esperienza 2) abbiamo visto come si può effettuare una titolazione acido-base facendo uso di indicatori cromatici per stabilire il punto di equivalenza. Queste titolazioni possono essere condotte con precisione anche misurando per via potenziometrica la variazione del ph della soluzione durante il processo. Dai dati misurati si traccia la curva di titolazione e si risale, con un metodo grafico, al punto di equivalenza e quindi alla concentrazione incognita. In questa esperienza determineremo il titolo di una soluzione di aoh circa 0,1, usando come titolante una soluzione a titolo noto di HCl. Procedimento - Trasferire con la pipetta a doppia tacca 10 ml di soluzione 0,1 di HCl in un bicchiere da 250 ml. Aggiungere 60 ml di acqua distillata misurati col cilindro graduato. - Introdurre nella soluzione l'elettrodo a vetro e quello di riferimento e misurare il ph iniziale. - Avvinare e riempire la buretta con la soluzione di aoh a titolo incognito. - Procedere con la titolazione operando aggiunte di circa 0,5-1 ml per volta. Dopo ogni aggiunta agitare delicatamente la soluzione (stando attenti a non danneggiare gli elettrodi) e misurare il ph registrandone il valore, insieme col volume di aoh aggiunto. - Avvicinandosi al punto di equivalenza, si osservano variazioni di ph più elevate a parità di volume di soluzione di aoh aggiunto; effettuare quindi aggiunte sempre più piccole (0,2-0,1 ml). Continuare fino a superare di poco il punto di equivalenza, con aggiunte di volumi più piccoli in prossimità del medesimo. - Proseguire ancora con aggiunte di circa 0,5-1 ml, fino ad avere un numero sufficiente di punti per poter tirare una retta dopo il salto di ph. - Rimuovere gli elettrodi (o l'elettrodo) e risciacquarli con acqua distillata, immergendoli poi in un bicchiere di acqua distillata. - Tracciare il grafico e calcolare la normalità della soluzione di aoh. - Importante: tenere sempre gli elettrodi immersi in soluzione acquosa.

11 4b) Preparazione di una soluzione tampone e misura del potere tampone per via potenziometrica. (gruppi di quattro persone) L esperienza consiste nella preparazione di un tampone e nella verifica del suo ph e del suo potere tamponante. Procedimento - Preparare una soluzione 0,1 M di CH 3 COOa pesando una quantità opportuna del sale (CH 3 COOa. 3H 2 O) e portando a volume con acqua distillata in un matraccio tarato da 100 ml (100 ml per 2-3 gruppi). - In un becher da 250 ml preparare la seguente soluzione, misurando i volumi delle soluzioni con la pipetta tarata ed il volume di acqua distillata con il cilindro graduato: 10 ml di CH 3 COOH 0,1 M + 10 ml di CH 3 COOa 0,1 M + 80 ml di acqua distillata. - Misurare il ph della soluzione e confrontarlo con il valore calcolato. - Dividere la soluzione in due porzioni ciascuna da 50 ml usando il cilindro. Aggiungere ad una porzione 2 ml di HCl 0,1 M, misurati con la pipetta graduata, ed alla seconda porzione 2 ml di aoh 0,1 (0,1 M) dalla buretta. Determinare il ph in ciascun caso. Materiali - HCl soluzione 0,1 M - aoh soluzione 0,1 M - CH 3 COOH soluzione standard 0,1 M - CH 3 COOa. 3H 2 O Strumentazione - phmetro - elettrodo a vetro ed elettrodo di riferimento - 1 portaburette con pinza a ragno - buretta da 50 ml (0,1 ml) rubinetto in teflon - 3 becher da 250 ml - 2 becher da 50 ml - cilindro graduato da 100 ml - matraccio tarato 100 ml ( 1 ogni 2 postazioni) - imbuto - pipetta tarata a doppia tacca da 10 ml - pipetta graduata da 10 ml - 1 propipetta - 1 pipetta pasteur con tettarella - 1 spruzzetta - bacchetta di vetro - Bilancia - spatolina d'acciaio