Analisi Chimiche Volumetriche ITIS “Othoca” – Oristano Classi quinte del Liceo Scientifico Tecnologico Anno Scolastico 2010-2011

Analisi Volumetrica Indagine chimica in cui si determina la concentrazione di una sostanza in una soluzione incognita misurando il volume di una soluzione a titolo noto necessaria per reagire completamente Campione incognito (soluzione) = titolato Soluzione a titolo noto = titolante L’operazione = titolazione Titolo = concentrazione di una soluzione Il campione può essere già in soluzione o la soluzione può essere preparata con opportuni accorgimenti

Condizioni di validità La stechiometria della reazione deve essere nota Sono noti tutti i coefficienti di reazione La reazione deve essere spostata tutta verso destra L’equilibrio è praticamente irreversibile Non deve esserci formazione di sottoprodotti Le reazioni secondarie altererebbero la stechiometria della reazione principale La reazione deve essere sufficientemente rapida Il punto finale deve essere individuabile e riproducibile

x . molititolante = y . molititolato I calcoli Il ragionamento di base della titolazione è che x . molititolante = y . molititolato Dove x ed y sono i coefficienti stechiometrici della reazione La titolazione permette di ottenere il volume di titolante necessario di cui si conosce anche la concentrazione (titolo); per cui molititolante = Mtitolante . Vtitolante Conoscendo x e y, M e V del titolante si ottengono quindi le moli contenute nel campione incognito Conoscendo anche il volume del campione si può calcolare la molarità della soluzione incognita

Esercizio Calcola la concentrazione di un campione di NaCl di volume 105 mL che è stato titolato con 12,4 mL di una soluzione di AgNO3 0,05 M Devi sapere che: La temperatura è di 25 °C La stechiometria di reazione è 1:1 La pressione è quella atmosferica

Punto di equivalenza È il punto in cui il reagente aggiunto alla soluzione ha reagito completamente con la specie chimica da analizzare È un punto teorico che non può essere raggiunto realmente Punto di fine titolazione: è il punto in cui la tecnica volumetrica permette di fermare la titolazione non corrisponde con il punto di equivalenza quindi le tecniche volumetriche provocano sempre un errore che con opportuni accorgimenti può essere ridotto a livelli accettabili

In sintesi Il punto di equivalenza Na2CO3 +2 HCl  2 NaCl + H2O + CO2 = obiettivo ideale (teorico) = punto della titolazione in cui la quantità di titolante aggiunta è esattamente quella richiesta dalla reazione stechiometrica con l’analita Na2CO3 +2 HCl  2 NaCl + H2O + CO2 Punto finale = individuato dalla improvvisa variazione di una proprietà fisica della soluzione Scarto tra p. finale e p. equivalente  errore di titolazione

La tecnica di lavoro

Individuare il P.F. Per capire quando la titolazione è terminata si deve avere un segnale di ritorno che può essere Ottico: si aggiunge una sostanza che modifica in modo certo il colore del campione titolato La sostanza è chiamata indicatore e deve funzionare in modo da rendere minimo l’errore Fisico: si misura una grandezza fisica il cui valore indica il termine della titolazione Conducibilità elettrica, pH, ecc.

Il punto finale Il punto finale di una determinazione volumetrica può essere svelato: Da variazioni chimiche o fisiche dovute a variazioni delle concentrazioni dei reagenti in vicinanza del punto di equivalenza Cioè nel punto in cui le concentrazioni delle varie specie subiscono le variazioni maggiori

In particolare Il punto finale di una determinazione volumetrica può essere svelato: dal cambiamento di colore del reagente o dell’analita o di una sostanza appositamente introdotta definita indicatore; dall’intorbidamento della soluzione per formazione di una fase insolubile; dalla conducibilità elettrica della soluzione; dalla differenza di potenziale tra due elettrodi immersi nella soluzione; dall’indice di rifrazione della soluzione; dalla variazione della temperatura; dalla quantità di corrente che passa attraverso la soluzione

Nozioni utili per i calcoli Alcune formule e tipologie di calcolo

La mole La mole La millimole (mmol) è l’unità di base SI per la quantità di una specie analitica E’ sempre associata ad una formula chimica ed è in relazione col numero di Avogadro (6,022 x 1023) delle particelle rappresentate da quella formula La millimole (mmol) è 1/1000 di mole (10-3 mol) La massa molare (m.m.) di una sostanza è la massa in grammi di una mole di quella sostanza m.m.CH2O= 12 + 2 + 16 = 30,0 g/mol

Calcoli sulle moli Quante moli sono contenute in 2,00 g di acido benzoico puro (M = 122,1 g/mol)? Per ottenere il numero di millimoli, si divide per la massa millimolare (0,1221 g/mmol). Cioè,

Equazioni chiave Molarità (M) Percentuale in peso (volume) Densità Parti per milione/miliardo

Diluizioni Formula della diluizione Mconc . Vconc = Mdil . Vdil Dove: Mconc = concentrazione (molarità) della soluzione più concentrata Vconc = volume della soluzione più concentrata Mdil = concentrazione (molarità) della soluzione più diluita Vdil = volume della soluzione più diluita Quindi se ad esempio Mdil è incognita:

Metodi 1. basati sulla combinazione di ioni o molecole reazioni di neutralizzazione (acido-base) reazioni di precipitazione reazioni con formazione di complessi reazioni per la determinazione di composti organici 2. basati sul trasferimento di elettroni (reazioni di ossido-riduzione)

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SOLUZIONE STANDARD = reagente a concentrazione esattamente nota Si ottiene in due modi: 1. si prepara la soluzione standard a partire da una quantità esattamente pesata di reagente puro e diluendo a volume noto. 2. si titola il reagente con una data quantità di un composto puro (standard primario)

STANDARD PRIMARIO (sostanza madre) Deve essere: 1.  composto puro ( impurezza massima 0,01%) 2. stabile, non alterabile all’aria, non deve reagire con il solvente 3. non igroscopica, né efflorescente 4. facilmente reperibile e poco costosa 5. con peso equivalente sufficientemente alto

Curva di titolazione Da completare

Curve di titolazione Una curva di titolazione consiste in un grafico nel quale in ascissa è riportato il volume di reagente e in ordinata una qualche funzione dell’analita o del reagente, cioè una grandezza correlata alla concentrazione in funzione del volume del reagente.

Di norma la curva risultante è di tipo sigmoide, nella quale le osservazioni importanti sono limitate ad una piccola zona (da  0,1 a  0,5 mL) intorno al punto di equivalenza.

CALCOLI NELL’ANALISI VOLUMETRICA Un’equazione chimica bilanciata fornisce i rapporti di combinazione (stechiometria) – in unità di moli – tra le sostanze reagenti ed i loro prodotti.

I calcoli in analisi volumetrica servono a mettere in relazione le moli di titolante con le moli di analita:   t moli di titolante (T) reagiscono con a moli di analita (A). Le moli di titolante impiegate sono Moli di T = VT(MT) Dove VT è il volume di T e (MT) è la molarità di T nella buretta.

Le moli di A presenti, che hanno reagito con tale numero di moli di T sono: Ad esempio, se la reazione fosse: al punto di equivalenza:

quanti grammi di KOH vengono titolati da 16,45 ml di H2SO4 0,075M 2 KOH + H2SO4  K2SO4 + 2H2O 0,075 x16,45/1000 = 1.23 x 10-3 moli a. solforico x 2 = 2.46 x 10-3 moli KOH 2.46 x 10-3 x 56,11 = 0.138 grammi

Calcolo delle moli del titolante Calcolo delle moli dell’analita (tenendo conto del rapporto stechiometrico della reazione) Calcolo della massa dell’analita

TITOLAZIONE DI RITORNO  QUANDO LA TITOLAZIONE DIRETTA E’: POCO ACCURATA PUNTO EQUIVALENTE POCO NETTO RETROTITOLAZIONE: REAZIONE DELLA SPECIE IN ESAME CON UNA QUANTITA’ NOTA IN ECCESSO DEL TITOLANTE DETERMINAZIONE DELL’ECCESSO MEDIANTE TITOLAZIONE CON UN ALTRO REGENTE SOTTRAZIONE DELLA QUANTITA’ DI QUEST’ULTIMO DALLA QUANTITA’ TOTALE. 

TITOLAZIONE IN BIANCO SE SI RITIENE CHE IL CONSUMO DI TITOLANTE NON SIA DOVUTO SOLO ALLA SPECIE DA DETERMINARE MA ANCHE A QUALCHE ALTRO COMPONENTE DELLA SOLUZIONE.   SI TITOLA IN PARALLELO UNA SOLUZIONE COME QUELLA IN ESAME, MA PRIVA DELL’ANALITA. IL TITOLANTE IMPIEGATO IN QUESTA PROVA VIENE SOTTRATTO A QUELLO IMPIEGATO NELLA PROVA CON L’ANALITA.