PRINCIPALI OPERAZIONI DA EFFETTUARE DURANTE L ANALISI PER VIA UMIDA 2016 Precipitazione Filtrazione Centrifugazione Lavaggio dei precipitati Evaporazione, ebollizione, calcinazione 1
PRECIPITAZIONE Le reazioni di precipitazione sono quelle reazioni in cui si formano composti poco solubili (precipitati) e vengono usate sia per riconoscere ioni o sostanze che danno luogo a precipitati di aspetto caratteristico, sia per separare e suddividere gli ioni. Generalmente si eseguono in provette, da saggio o 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). 2
Separazione di un precipitato dalle acque madri FILTRAZIONE CENTRIFUGAZIONE 3
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 4
CENTRIFUGAZIONE La centrifugazione è una tecnica che consente di separare un precipitato da una soluzione. Essa si esegue con appositi apparecchi, detti centrifughe, rotanti ad alta velocità, azionati a mano o elettricamente. 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. 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. 5
CENTRIFUGAZIONE 6
CENTRIFUGAZIONE Forza centrifuga Forza gravitazionale = F c F g F c = Forza centrifuga F g = Forza gravitazionale Distanza tra l asse di rotazione della centrifuga e la particella 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. 981 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 7
Legge di Stokes v = d2 d 2 (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 La velocità di sedimentazione (v) dipende: dalla accelerazione di gravità dalla grandezza della particella (quanto più questa è grande, tanto più rapidamente si deposita sul fondo) dalla differenza tra la densità del solido e quella della soluzione (la velocità di sedimentazione aumenta all aumentare di tale differenza) dalla viscosità della soluzione (la velocità di sedimentazione aumenta al diminuire della viscosità) 8
1. Digestione del precipitato Riscaldando una soluzione contenente un precipitato si ottiene: aumento del diametro delle particelle aumento della densità delle particelle diminuzione della viscosità della soluzione diminuzione della densità della soluzione 2. Uso della centrifuga 9
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 o occlusione di ioni estranei durante il processo di ingrossamento delle particelle primarie del precipitato. Precipitazione, sulla superficie del primo precipitato, di un altro composto avente uno ione a comune con il primo precipitato. 10
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 agita con la bacchetta. In questa operazione la concentrazione delle impurezze cambia, perchè cambia il volume in cui esse sono contenute (a a+m). c 1 V 1 = c 2 V 2 cioè c 1 a = c 2 (a + m) a c 2 = c 1(a + m) m a precipitato a = volume liquido impregnante m = volume solvente di lavaggio Volume totale = a + m 11
Dopo due lavaggi Dopo il 1 lavaggio si avrà: TEORIA DEL LAVAGGIO DEI PRECIPITATI c 1 a = c 2 (a + m) a c 2 = c 1(a + m) Dopo il 2 lavaggio: c 2 a = c 3 (a + m) a c 3 = c 2(a + m) = [ c. 1 a (a + m) ]2 m a precipitato Dopo n lavaggi c n = [ c. 1 a (a + m) ]n a = volume liquido impregnante m = volume solvente di lavaggio L impurezza diminuisce con i lavaggi. Volume totale = a + m 12
TEORIA DEL LAVAGGIO DEI PRECIPITATI Il lavaggio, quindi, è tanto più efficace quanto: maggiore è il numero di lavaggi (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. 13
m tot = 12 ml 1 caso: un unico lavaggio a = 1 ml m = 12 ml c 1. 1 ml = c2. 13 ml c2 = c 1 /13 2 caso: 2 lavaggi a = 1 ml m = 6 ml 1 lavaggio: 2 lavaggio: c 1. 1 ml = c2. 7 ml c2 = c 1 /7 c 2. 1 ml = c3. 7 ml c1 /7. 1 ml = c 3. 7 ml c3 = c 1 /49 3 caso: 3 lavaggi a = 1 ml m = 4 ml 1 lavaggio: 2 lavaggio: 3 lavaggio: c 1. 1 ml = c2. 5 ml c2 = c 1 /5 c 2. 1 ml = c3. 5 ml c1 /5. 1 ml = c 3. 5 ml c3 = c 1 /25 c 3. 1 ml = c4. 5 ml c1 /25. 1 ml = c 4. 5 ml c4 = c 1 /125 14
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. Il riscaldamento può essere spinto fino alla temperatura di ebollizione del liquido, 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. 15
EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE L evaporazione, o anche il semplice riscaldamento dei liquidi, si fa in becker o in capsula oppure in provetta. Per il riscaldamento si usa il fornetto elettrico. Qualora non si vogliano superare i 100 C si usa il bagnomaria, cioè il riscaldamento mediante immersione in acqua bollente. 16
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. 17