PRINCIPALI OPERAZIONI DA EFFETTUARE DURANTE L ANALISI: Precipitazione Filtrazione Centrifugazione Lavaggio dei precipitati Evaporazione, ebollizione, calcinazione
PRECIPITAZIONE Le reazioni di precipitazione sono quelle reazioni in cui si formano composti poco solubili (precipitati) e vengono usate per sia per separare e suddividere gli ioni, sia per riconoscere ioni o sostanze che danno luogo a precipitati di aspetto caratteristico. Generalmente si eseguono generalmente in provette da centrifuga aggiungendo il reattivo precipitante goccia a goccia nella soluzione in esame fino a completa precipitazione acque madri precipitato Le reazioni molto sensibili o quelle in cui si formano prodotti colorati si possono eseguire in vetrini da orologio o su piastre di porcellana (bianca o nera) 20
Separazione di un precipitato dalle acque madri FILTRAZIONE CENTRIFUGAZIONE
FILTRAZIONE La filtrazione si esegue con filtri di carta speciale porosa, a forma di disco. 1 2 3 4 5 6 La grandezza del filtro da usare dipende dalla quantità del precipitato che si deve filtrare. Il cono dell imbuto deve essere poco più grande del filtro. Il liquido filtrante provoca sotto il filtro un aspirazione proporzionale all altezza della colonna liquida 7 Gambo lungo Maggiore velocità di filtrazione
CENTRIFUGAZIONE La centrifugazione è una tecnica che consente di separare un precipitato da una soluzione. Essa si esegue con appositi apparecchi, rotanti ad alta velocità, detti centrifughe, azionati elettricamente. La centrifugazione: sostituisce la filtrazione nella semimicroanalisi e nella microanalisi; è più rapida della filtrazione e permette di separare quantità anche molto piccole di precipitati, praticamente senza perdite. Per azione della forza centrifuga, il precipitato viene spinto nel fondo della provetta, dove si deposita così compatto che il liquido sovrastante può essere allontanato per aspirazione con un contagocce.
CENTRIFUGAZIONE
Legge di Stokes v = d2 (ρ-ρ 0 ) g 18 η v = velocità di sedimentazione d = diametro medio della particella ρ = densità delle particelle ρ 0 = densità della soluzione g = accelerazione di gravità η = viscosità della soluzione L aumento di v si ottiene: aumentando il diametro delle particelle aumentando la differenza ρ - ρ 0 aumentando l accelerazione dovuta alla gravità g diminuendo la viscosità del mezzo η
1. Digestione del precipitato (riscaldamento) Riscaldando una soluzione contenente un precipitato si ottiene: diminuzione della viscosità della soluzione aumento del diametro delle particelle aumento della densità delle particelle 2. Uso della centrifuga (varia l accelerazione dovuta alla gravità)
CENTRIFUGAZIONE RAPPORTO FORZA CENTRIFUGA/FORZA GRAVITAZIONALE F c = Forza centrifuga F g = Forza gravitazionale n = giri/sec N = giri/min F c = m. a = m. v 2 r m. (2πr. n) 2 = = m 4 π2 r 2 n 2 r r = m. 4. π 2 r. n 2 = m. 4. π 2 r. N 2 60 2 F g = m. g = m. 981cm/sec 2 F c / F g = m. 4. π 2 r. N 2 1. = 1.118. 10-5. r. N 2 60 2 m. 981 r = 10 cm N = 2000 giri/min F c / F g = 447 F c = 447. F g
LAVAGGIO DEI PRECIPITATI È un operazione con la quale si allontanano fisicamente le impurezze che contaminano un precipitato, derivanti da: incompleto allontanamento della fase liquida coprecipitazione e postprecipitazione Adsorbimento di ioni estranei sulla superficie del precipitato esposta alla soluzione (dimensioni) o occlusione di ioni estranei durante il processo di ingrossamento delle particelle primarie del precipitato (velocità di accrescimento). Precipitazione, sulla superficie del primo precipitato, di un altro composto avente uno ione a comune con il primo precipitato (tempo di permanenza).
TEORIA DEL LAVAGGIO DEI PRECIPITATI Ogni lavaggio si effettua aggiungendo al volume del liquido impregnante (a) un volume m di solvente di lavaggio (acqua). Si mescola. In questa operazione la concentrazione delle impurezze cambia, perchè cambia il volume in cui esse sono contenute (da a a+m). cv = c 1 V 1 cioè c a = c 1 (a + m) a c 1 = c (a + m) m a precipitato a = volume liquido impregnante m = volume solvente di lavaggio Volume totale = a + m
Dopo due lavaggi Dopo il 1 lavaggio si avrà: TEORIA DEL LAVAGGIO DEI PRECIPITATI c a = c 1 (a + m) a c 1 = c (a + m) Dopo il 2 lavaggio: c 1 a = c 2 (a + m) a c 2 = c 1(a + m) = [ a ]2 c. (a + m) m a precipitato Dopo n lavaggi c n = c. [ a (a + m) ]n a = volume liquido impregnante m = volume solvente di lavaggio L impurezza diminuisce con i lavaggi. Volume totale = a + m
TEORIA DEL LAVAGGIO DEI PRECIPITATI Il lavaggio, quindi, è tanto più efficace quanto: maggiore è il numero di lavaggi (n) c n = c. [ a (a + m) ]n maggiore è la quantità di liquido di lavaggio impiegato (m) minore è la quantità di liquido che impregna il solido (a) Si può dimostrare che è più efficace fare più lavaggi successivi piuttosto che un solo lavaggio, utilizzando in totale lo stesso volume di solvente. Elevando il numero di lavaggi (n) oltre 5, però, la concentrazione dell impurezza non scende più apprezzabilmente, per cui il trattamento perde di efficacia. In genere è sufficiente limitare il numero dei lavaggi a 3.
m tot = 12 ml ESEMPIO DI LAVAGGIO c a = c 1 (a + m) 1 caso: un unico lavaggio a = 1 ml m = 12 ml c. 1 ml = c 1. 13 ml c1 = c/13 2 caso: 2 lavaggi a = 1 ml m = 6 ml 1 lavaggio: 2 lavaggio: c. 1 ml = c 1. 7 ml c1 = c/7 c 1. 1 ml = c2. 7 ml c/7. 1 ml = c2. 7 ml c2 = c/49 3 caso: 3 lavaggi a = 1 ml m = 4 ml 1 lavaggio: 2 lavaggio: 3 lavaggio: c. 1 ml = c 1. 5 ml c1 = c/5 c 1. 1 ml = c2. 5 ml c/5. 1 ml = c2. 5 ml c2 = c/25 c 2. 1 ml = c3. 5 ml c/25. 1 ml = c3. 5 ml c3 = c/125
EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE L evaporazione consiste nel trasformare un liquido in vapore allo scopo di eliminare tutto o parte del liquido. Se da una soluzione il liquido viene evaporato completamente si dice che la soluzione è stata portata a secchezza. Se invece il liquido viene evaporato solo in parte si parla di concentrazione. Questa operazione viene eseguita mediante riscaldamento, cioè approfittando del fatto che un aumento di temperatura fa aumentare la tensione di vapore dei liquidi.
EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE Il riscaldamento può essere spinto fino alla temperatura di ebollizione, ma talvolta può essere sufficiente una temperatura inferiore. Durante l ebollizione o l evaporazione di una soluzione, si eliminano, oltre al solvente, anche le sostanze disciolte che hanno una volatilità maggiore o poco diversa da quella del solvente stesso. I gas, la cui solubilità diminuisce con l aumentare della temperatura, vengono eliminati per primi.
EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE L evaporazione, o anche il semplice riscaldamento dei liquidi, si fa in becher o in capsula oppure in provetta. Per il riscaldamento si usa il fornetto elettrico. Qualora non si vogliano superare i 100 ºC si usa il bagnomaria, cioè il riscaldamento mediante immersione in acqua bollente.
CALCINAZIONE La calcinazione è l operazione con cui si eliminano i componenti volatili da una sostanza solida, mediante riscaldamento a temperature generalmente elevate. In genere, poiché nella calcinazione si possono sviluppare sostanze tossiche, si opera sotto cappa. La calcinazione si esegue in recipienti di porcellana o di platino (capsule, crogioli), riscaldando direttamente sulla fiamma di una lampada Bunsen o su un fornetto elettrico.