TITOLAZIONI DI NEUTRALIZZAZIONE Le titolazioni di neutralizzazione dipendono dalla reazione chimica tra analita e reagente standard. Il punto di equivalenza chimico è indicato da un indicatore chimico o da un metodo strumentale. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) HNO3 non viene usato perché le sue proprietà ossidanti possono dar luogo a reazioni concomitanti. Le sol di H2SO4, HClO4 conc. calde sono potenti agenti ossidanti e sono molto pericolose. A freddo e diluite sono relativamente innocue (protezione per gli occhi!) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Le sol. standard impiegate sono acidi forti o basi forti perché esse reagiscono in maniera completa con l’analita. Le soluzioni di acidi standard (HCl, H2SO4, HClO4) consistono in diluizioni di un volume appropriato di reattivo concentrato (commerciale) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Indicatori acido/base Un indicatore acido/base è un composto organico a carattere acido o basico, ad alto peso molecolare, che, al variare del pH dell’ambiente, può esistere in forma dissociata o indissociata . Queste forme sono diversamente colorate a causa di cambiamenti, provocati dal pH, nella loro struttura chimica, consistenti nella formazione di doppi legami coniugati in presenza di gruppi cromofori. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) La variazione di colore viene percepita dall’occhio umano quando il rapporto di concentrazione [HIn]/[In-] è compreso tra 0,1 e 10. L’incertezza visiva con un indicatore acido/base è compresa tra  0,5 e  1 unità di pH. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

comportamento di un indicatore acido: HIn(col. Acido) + H2O In-(col. Base) + H3O+ Il viraggio è rilevabile nell’intorno di due unità di pH vicino al pKa dell’indicatore. Quindi, quanto più il punto di viraggio dell’indicatore (e quindi il punto finale della titolazione) è vicino al punto equivalente, tanto più la titolazione sarà accurata. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Requisiti di un indicatore acido/base Efficace in quantità molto piccola: prende parte alla titolazione, non deve consumare troppo reattivo (titolazione in bianco se consuma titolante in quantità non trascurabile) Viraggio istantaneo e in intervallo di pH ristretto Reazione cromatica legata ad un equilibrio reversibile Indicatori ftaleinici, solfoftaleinici ed azoici Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Fenolftaleina E’ l’indicatore acido più usato: con gli alcali si apre e forma una struttura chinoide rosso-viola Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Rosso fenolo pKa = 7,8, vira a pH 6,4-8 dal giallo al rosso Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Metilarancio pKa = 3,5 vira a pH 3,1 - 4,4 dal rosso al giallo Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Lettura buretta: 14,50 mL Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Curve di titolazione di acidi e basi forti Nella titolazione di un acido con una base (o viceversa) avviene la reazione: Supponendo di titolare 50 mL di HCl 1 M con NaOH 1 M: All’inizio: [H3O+] = 1 mole/L pH =0 Fino al p.e. escluso: [H3O+] = conc. analitica dell’acido da titolare che si calcola sottraendo alla quantità totale di esso, la quantità di base aggiunta e dividendo per il volume della soluzione. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Per es.: Volume titolante aggiunto = 30 mL Quantità di base aggiunta 30 x 1M = 30 millimoli NaOH Quantità di acido da neutralizzare = (50 x1) - (30 x1) = 20 millimoli HCl Volume della soluzione 50 + 30 = 80 mL Per cui: pH = -log 0,25 = 0,60 Al p.e. si è in presenza di una soluzione di sale di acido e base forti, per cui pH = 7,00 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Dopo il p.e.: Volume titolante aggiunto = 50,1 mL Quantità di acido neutralizzato = (50 x1) millimoli HCl Quantità di base in eccesso (50,1 x 1M)- (50x1) =0,1 millimoli NaOH Volume della soluzione = 100,1 mL Per cui: pOH = 3 pH = 11 Da ciò risulta che intorno al p.e. una quantità minima di titolante provoca una brusca variazione di pH Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) In figura sono riportate le variazioni della curva al variare della concentrazione del reattivo,dato che il pH diminuisce al diminuire delle conc. dei reagenti. Quindi è importante scegliere un indicatore appropriato, cioè che abbia un pH di viraggio compreso nella variazione di pH al p.e. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Per titolare una base forte con un acido forte, il procedimento è analogo, la serie dei valori di pH è invertita, poiché la titolazione inizia in ambiente basico e termina in ambiente acido. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Il salto di pH si riduce sensibilmente al diminuire di Ka o Kb, cioè della forza dell’acido o della base Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Titolazione di un acido poliprotico Nelle titolazioni di un acido poliprotico, se le relative costanti di prima e seconda dissociazione differiscono almeno di 103 volte, è possibile neutralizzare successivamente i rispettivi idrogeni acidi. Con un acido che presenti due p.e. è possibile terminare la titolazione al I° o al II°, scegliendo l’indicatore adatto: H3PO4 : Ia diss. = K1 =7,11 x 10-3 IIa diss. = K2 =6,34 x 10-8 III° diss. = K3 =4,2 x 10-13 (poco diss. non evidenzia p.e.) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Nel caso dell’acido ossalico: K1 =5,36 x 10-2 K2 =5,42 x 10-5 K1/ K2 = 103 Il pH relativo al I° p.e. è poco evidente, si apprezza solo il II° p.e. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Nel caso di H2SO4 , esso possiede un protone completamente dissociato, e uno con Ka = 1,2 x 10-2 A causa della forza simile dei due protoni si apprezza un unico p.e. corrispondente alla titolazione di entrambi. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Standardizzazione di acidi Standard primari* Carbonato di sodio: purificazione per riscaldamento a 270°C diNaHCO3 *una massa elevata per protone consumato è una caratteristica auspicabile perché richiede una quantità maggiore di reattivo da pesare e riduce l’errore di pesata Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Na2CO3 +2 HCl  2 NaCl + H2O + CO2 Con fenolftaleina: Na2CO3 + HCl  NaHCO3 + NaCl Con metilarancio: Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) A seconda dell’indicatore usato, si evidenziano uno o due p.e.: Con la fenolftaleina si evidenzia solo il primo p.e., con il metilarancio si titola fino al 2° p.e. Quindi nel I° caso il rapporto molare è 1:1, nel II° 2 a 1 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Borace:formulato normalmente come Na2B4O7 ·10H2O ma che in realtà contiene una unità tetramera e va formulato come   Na2[B4O5(OH)4].8H2O (M.M. =381,44) Na2B4O7 + 3 H2O  2 NaBO2 + 2 H3BO3 NaBO2 + HCl  HBO2 + NaCl Rapporto molare 1:2 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Ossido di Mercurio (HgO PM = 216,61) HgO + 4I- + H2O  [HgI4]= + 2 OH- complesso:tetraiodomercurato Rapporto molare 1:2 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) TRIS (Tris-idrossimetilamminometano PM = 121,14) Rapporto molare 1:1 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Preparazione di soluzioni standard di basi L’idrossido di sodio (NaOH) è la base più comune per preparare soluzioni standard (anche KOH, Ba(OH)2). Non essendo disponibili come standard primario, bisogna standardizzare le sol. preparate. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

VHCl•MHCl = VNaOH•MNaOH Se si usa una sol. a titolo noto di HCl, per calcolare la concentrazione (molarità) della soluzione di NaOH si utilizza la seguente espressione:   VHCl•MHCl = VNaOH•MNaOH dove : VHCl = mL utilizzati di HCl VNaOH = mL utilizzati di NaOH E quindi: MNaOH= VHCl•MHCl/VNaOH Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) STANDARD PER BASI Ftalato acido di potassio (PM =204,22) Rapporto molare 1:1 Acido ossalico biidrato (PM = 126,07) Rapporto molare 1:2 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

DETERMINAZIONI ALCALIMETRICHE Acido citrico (2-idrossipropan-1,2,3-tricarbossilico) Presenta tre Ka (10-4; 10 –5; 10 –6) troppo vicine, non sono distinguibili Unico punto di viraggio Reattivo titolante: NaOH 1M Indicatore: fenolftaleina Rapporto molare 1:3 C6H8O7 PM =192,1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 64.03 mg di C6H8O7 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Acido fosforico (H3PO4 PM= 98) Presenta tre Ka (10-3; 10-7; 10-13) I punti equivalenti evidenziabili sono i primi due In FUI si evidenzia il II° H3PO4 + 2 NaOH  Na2HPO4 + 2 H2O E’ utile aggiungere NaCl che per effetto dello ione in comune limita la dissociazione Reattivo titolante: NaOH Indicatore: fenolftaleina Rapporto molare 1:2 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 49 mg di H3PO4 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Acido borico (H3BO3 PM = 61,83) E’ un acido debolissimo (Ka = 5,83 x 10-10) Non si può titolare direttamente. Si tratta con polialcoli (glicerolo, mannite) con i quali forma un complesso acido con Ka = 10-6 Si titola con NaOH 1M Indicatore fenolftaleina Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 61,8 mg di H3BO3 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Si formano 3 legami esterei e 1 covalente (B ha carenza elettronica) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Borato di sodio, Borace (Na2B4O7 x 10 H2O) PM = 381,44 Na2B4O7 + 3 H2O  2 NaBO2 + 2 H3BO3 NaBO2 + HCl  HBO2 + NaCl (Oppure come per a. borico) Rapporto molare 1:2 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 190,7 mg di Na2B4O7x10 H2O Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Formaldeide (CH2O PM = 30,03) Si ossida ad acido formico con H2O2, Si aggiunge NaOH in eccesso noto, Si scalda, Si retrotitola con HCl 0,1 M Indicatore: fenolftaleina Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 30,03 mg di CH2O Contemporaneamente si esegue una titolazione in bianco, perché NaOH a caldo forma Na2CO3 (si perde NaOH) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Acido salicilico ( acido 2-idrossibenzoico C7H6O3 PM = 138,12) E’ poco solubile in acqua, si scioglie in etanolo Reattivo titolante: NaOH 0,1 M Indicatore: rosso fenolo Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 0,1M equivale a 13,81 mg di C7H6O3 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Acido acetilsalicilico (acido 2-acetossibenzoico C9H8O4 PM =180,2) Si addiziona di un volume noto di NaOH 0,5 M, Si fa bollire per 10 minuti, (idrolisi alcalina) Si titola l’eccesso di alcali con HCl 0,5 M Indicatore: rosso fenolo Contemporaneamente e nelle stesse condizioni si esegue una titolazione in bianco Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) NaOH + HCl NaCl + H2O Rapporto molare 1:2 Equivalenza: 1 ml di NaOH 0,5 M equivale a 45,04 mg di C9H8O4 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Acido lattico acido 2-idrossi-propionico C3H6O3 PM = 90,08 E’ costituito da una miscela di polimeri lineari o ciclici, Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Si tratta con NaOH per idrolizzare tutti i prodotti di condensazione, si lascia a riposo per 30 minuti, Si retrotitola con HCl, fenoftaleina; Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1 M equivale a 90,1 mg di C3H6O3 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Cloralio idrato (C2H3Cl3O2 PM =165,40) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di NaOH 1 M equivale a 165,4 mg di C2H3Cl3O2 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Prevede due momenti: dapprima si aggiunge un eccesso noto di NaOH 1M, e si retrotitola con H2SO4 0,5 M, indicatore fenolftaleina La reazione prosegue: CHCl3 + 4 NaOH  HCOONa + 3 NaCl + H2O Si titola con AgNO3 l’alogeno che si è formato (metodo di Mohr), indicatore K2CrO4 3Cl- + 3 Ag+  3AgCl Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) mmoli NaOH = [VNaOH – (VH2SO4 + 2/15 V AgNO3 )] 1 CHCl3  4 NaOH  4000 ml 1M 3 NaCl  30000 ml AgNO3 0,1 M 4000 = 2/15 di 30000 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

DETERMINAZIONI ACIDIMETRICHE Efedrina: 2-aminometil-1 fenil-propan-1-olo (PM =165,2) Si retrotitola l’eccesso di HCl 0,1 M con NaOH 0,1M, indicatore rosso metile Rapporto molare 1:1 Equivalenza: 1 ml di HCl 0,1 M equivale a 16,52 mg di C10H15NO Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Saccarina (sulfobenzimmide C7H5NSO3 PM =183,2) Si tratta a caldo con alcali, la solfoimmide benzoica si apre ad ammide, che è poi idrolizzata con HCl O.1 M che fissa l’azoto sotto forma di NH4Cl. si retrotitola l’eccesso con NaOH 0,1M in presenza di rosso metile. Rapporto molare 1:1 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Quantità di saccarina = HCliniz. – mL NaOHtitolaz. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

APPLICAZIONI DELLE TITOLAZIONI DI NEUTRALIZZAZIONE Le titolazioni di neutralizzazione vengono usate per determinare molte specie organiche, inorganiche o biologiche che hanno proprietà acide o basiche Anche molti elementi che costituiscono sistemi organici e biologici possono essere determinati con titolazioni acido-base: i non metalli, quali carbonio, azoto, cloro, bromo, fluoro Si sfrutta la conversione di un analita in un acido o una base mediante un opportuno trattamento chimico seguito da titolazione con sol. standard di acido o di base. Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Azoto E’ presente in moltissime sostanze di interesse alimentare, agricolo, industriale, scientifico Es.: proteine, fertilizzanti, suoli, acque potabili, coloranti, farmaci Il metodo più utilizzato è il metodo di Kjeldahl che prevede una titolazione di neutralizzazione. Permette di dosare il contenuto proteico nelle carni, cereali, mangimi o altri materiali biologici, applicando fattori specifici: 6,25 per carne, 6,48 per latte e derivati, 5,70 per cereali Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Apparecchio di distillazione per la determinazione dell’ammoniaca Reattivi: H2SO4 conc, NaOH conc. Catalizzatori, HCl NaOH Rosso metile Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Il campione viene inizialmente decomposto in H2SO4 concentrato bollente per convertire l’azoto legato in ione NH4+ La soluzione risultante, dopo raffreddamento, si diluisce e si distilla NH3 viene raccolta in HCl (si forma NH4Cl) Si retrotitola l’eccesso con NaOH Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Esempio 0,7121 g di farina sono analizzati con il metodo Kjeldahl. L’NH3 ottenuta dopo digestione con H2SO4, viene distillata su 25 ml di HCl 0,05 M. L’eccesso di HCl richiede 3,97 ml di NaOH 0,04 M Calcolare la % di proteine nella farina. (25 x 0,05) – (3,97 x 0,04) = 1,09 mmoli N % N = 1,09 x 0,014007/0,7121 x 100 = 2,144 % proteine = 2,144 x 5,7 = 12,22% Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Zolfo Lo zolfo in materiali organici e biologici si determina per combustione del campione in corrente di ossigeno. L’anidride solforosa e/o solforica che si forma viene raccolta per distillazione in una soluzione di H2O2 SO2 + H2O2 H2SO4 L’acido solforico viene titolato con soluzioni basiche standard Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Numero di acidità ( Le sostanze grasse contengono acidi grassi liberi e/o esterificati) = Quantità di acidi liberi = KOH che neutralizza tali acidi liberi/ g sostanza KOH  H 5,61 mg KOH  1 ml 0,1 M Indice di acidità = Indicatore: fenolftaleina Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

NUMERO DI SAPONIFICAZIONE E’ la quantità totale di acidi presenti, sia liberi che esterificati mg KOH  neutralizzazione degli acidi liberi + saponificazione degli esteri (processo di idrolisi basica di un estere che produce un alcool e una base coniugata) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) idrolisi basica: alcool e una base coniugata Procedimento: Addizione di KOH 0,5 M in eccesso a caldo, Retrotitolazione con HCl 0,5 M (indicatore fenolftaleina) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Indice di saponificazione: PM KOH/2 = 28,05 n2 = ml KOH n1 = ml HCl p = composto Indice di esterificazione = IS - IA Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) Calcolo dell’indice alcolico e ossidrilico attraverso reazione con anidride acetica I gruppi OH in composti organici si possono determinare per esterificazione con varie anidridi. Es.: Alcool benzilico (C7H8O PM= 108,1) Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) L’anidride acetica in piridina si aggiunge in eccesso, si riscalda, si aggiunge acqua per idrolizzare l’eccesso. L’acido acetico formato si titola con NaOH, indicatore fenolftaleina Rapporto molare 1:1 Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09) E’ opportuno fare una titolazione in bianco Differenza tra i ml usati per la prova in bianco e i ml per la prova campione Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)