Tecniche di purificazione

Estrazione con solvente Per effettuare la maggior parte delle analisi chimiche è necessario che l’analita venga separato parzialmente o completamente dai composti interferenti. Estrazione con solvente Trasferimento di un soluto da una fase liquida ad un’altra (estrazione da una soluzione acquosa ad un solvente organico)

Coefficiente di ripartizione 2 1 S Supponiamo di avere un soluto S sia ripartito tra le fasi 1 e 2. Coefficiente di ripartizione KD = [S]2/[S]1

KD = [S]2/[S]1 = (1-q)m/ V2 qm/ V1 q = V1/(V1+ KDV2) Solvente 1 (V1) contiene m moli di S e viene estratto con solvente 2 (V2). Definiamo q la frazione di S che rimane nella fase 1 una volta raggiunto l’equilibrio. La concentrazione molare di S nella fase 1 sarà qm/ V1. La concentrazione molare di S nella fase 2 sarà (1-q)m/ V2 KD = [S]2/[S]1 = (1-q)m/ V2 qm/ V1 q = V1/(V1+ KDV2)

KD = (1-q)m/ V2 q = V1 - q V1 qm/ V1 KDV2 KDV2qm = (1-q)mV1 qKDV2 = V1 - q V1 KDV2q = (1-q) V1 qKDV2 + qV1 = V1 q = (1-q) V1 q(KDV2 + V1) = V1 KDV2 q = V1/(V1+ KDV2)

q x q = (V1/V1+ KDV2)2 qn = (V1/V1+ KDV2)n La frazione rimanente dopo 2 estrazioni sarà: q x q = (V1/V1+ KDV2)2 La frazione rimanente dopo n estrazioni sarà: qn = (V1/V1+ KDV2)n

Una soluzione acquosa contiene 4 g del soluto A in 200 ml di acqua Una soluzione acquosa contiene 4 g del soluto A in 200 ml di acqua. Si hanno a disposizione 150 mL di diclorometano. Verificare che la quantità di soluto che rimane in soluzione acquosa dopo una sola estrazione con tutto il solvente organico è maggiore della quantità che rimane dopo tre estrazioni consecutive utilizzando in ciascuna 50 mL di diclorometano. Kdiclorometano/acqua = 3

La costante di ripartizione (KD) è data da: KD = CO / CA = 24.75 Una mole di un composto A è presente in 100 mL di una soluzione acquosa. Calcolare il volume di cloroformio necessario affinchè con una sola estrazione venga recuperato il 99% del composto A (KD = 24.75). Quale sarebbe la percentuale di composto recuperato se si eseguissero due estrazioni multiple con metà del volume calcolato. La costante di ripartizione (KD) è data da:  KD = CO / CA = 24.75  la concentrazione iniziale (Ci) è:  Ci = 1mol / 0.1 L  in seguito all’estrazione con x L di cloroformio si recupera il 99% del composto A e nella soluzione acquosa rimane l’1% di A.  quindi:   CO = 0.99 mol / x L CA = (1- 0.99) / 0.1 L = 0.01 mol / 0.1 L KD = CO / CA = 0.99 𝑥 / 0.01 0.1 =24.75 x = 0.99 24.75 · 0.1 0.01 =0.4 L

q = (0.1/(0.1+ (24.75x0.2))2 = 3.92 x 10-4 Frazione estratta = 100- 0,0392 = 99,96

Purificazione di composti oeganici solidi La purificazione di composti organici è importante perché i composti organici solidi preparati in laboratorio possono contenere impurezze I metodi più comuni per la purificazione dei composti organici sono: Cristallizzazione Sublimazione Distillazione Cromatografia

Cristallizazione E’ il processo di formazione dei cristalli Cristallizzazione per raffreddamento di una soluzione calda concentrata In questo metodo la sostanza impura viene disciolta in acqua o in solvente organico La soluzione viene filtrata per eliminare le impurità non disciolte Il filtrato viene riscaldato La soluzione calda viene raffreddata in modo che i cristalli possano separarsi dalla soluzione I cristalli precipitati vengono rimossi per filtrazione.

Ricristallizazione Metodo utilizzato per purificare un composto allo stato solido Una piccola quantità di solvente viene aggiunta alla beuta che contiene il solido da purificare. Si riscalda la soluzione e poi si raffredda. Il solido purificato precipita mentre le impurezze rimangono disciolte in soluzione.

Spettrofotometria Utilizzo della luce nella misure delle concentrazioni chimiche

Proprietà della luce λν = c Le onde luminose consistono in campi elettrici e magnetici perpendicolari tra loro. Lunghezza d’onda (λ) = distanza tra due massimi Frequenza (ν) = numero di oscillazioni in un secondo λ λν = c c = velocità della luce (2.997 x 108 m/s)

Proprietà della luce E = hν E = hν = hc/λ Dualismo onda-materia: possiamo considerare la luce in termini di onda o di particelle dette fotoni. Ciascun fotone trasporta energia E = hν h = costante di Plank (6.626 x 10-34 J·s) E = hν = hc/λ Energia è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda

Spettro elettromagnetico

Assorbimento della luce Stato eccitato Energia Stato fondamentale Una radiazione può essere assorbita dalla materia solo se la sua energia è pari alla differenza tra lo stato fondamentale e lo stato eccitato.

Assorbimento della luce Quando la luce colpisce un campione l’intensità della luce incidente (I0) è maggiore di quella della luce trasmessa (I1). Definiamo T (trasmittanza) come I1/I0

Assorbimento della luce T = I1/I0 A = Log (I0/I1) = -Log T A = assorbanza del campione A = εlC Legge di Lambert-Beer ε = coefficiente di estinzione molare o assorbività molare l = cammino ottico (cm) C = concentrazione(M)

Spettro di assorbimento

Spettrofotometro Cuvetta

Una sostanza mostra il massimo di assorbanza a 275 nm Una sostanza mostra il massimo di assorbanza a 275 nm. Sapendo che ε275 = 8400 M-1 cm-1 e lo spessore della soluzione attraversato dalla radiazione è di 1 cm calcolare la concentrazione di una soluzione di tale sostanza se A275 = 0.70