Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica con Laboratorio corso di Laurea in Farmacia canale A-L anno accademico 2015-2016 Dr. Antonio Coluccia Dipartimento.

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1 Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica con Laboratorio corso di Laurea in Farmacia canale A-L anno accademico 2015-2016 Dr. Antonio Coluccia Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco Sapienza Università di Roma Piazzale Aldo Moro 5, I-00185, Rome, Italy antonio.coluccia@uniroma1.it 3

2 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità Si definisce soluzione una miscela omogenea di 2 o più sostanze, la cui composizione, entro certo limiti, può variare a piacere. Le soluzioni possono derivare dalla miscelazione di un solido in un liquido, di un liquido in un altro liquido oppure di un gas in un liquido. Generalmente, la sostanza che si trova in maggior quantità nella miscela si chiama solvente, mentre le sostanze disciolte si chiamano soluti.

3 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità Il solvente più comune, sia in laboratorio che in natura, è l’acqua. Dal momento che è una sostanza polare ed ha un’elevata costante dielettrica, l’acqua è un buon solvente per molte sostanze ioniche. Per la sua polarità l’acqua può formare legami dipolo-ione e può solvatare cationi e anioni. Per il grande valore della sua costante dielettrica (80), l’acqua può dissociare ioni e diminuire l’attrazione tra ioni di carica opposta quando essi siano stati solvatati.

4 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità E’ molto importante per il chimico conoscere la solubilità delle sostanze, ma non è sempre facile spiegare o prevedere i motivi per cui una determinata sostanza è molto o poco solubile in un determinato solvente. I fattori che determinano la solubilità di una sostanza in un’altra sono vari e complessi, spesso agiscono in contrasto tra di loro e in maniera imprevedibile.

5 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità La quantità di una sostanza che si può sciogliere in un determinato solvente dipende, oltre che dalla natura del soluto e del solvente, anche dalla temperatura. Se ad una data temperatura mescoliamo una sostanza solubile in una quantità limitata di acqua, questa tende a disperdere le particelle del solido facendole passare gradualmente in soluzione. Allo stesso tempo, tuttavia, le particelle hanno una tendenza opposta di ritornare allo stato cristallino.

6 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità Queste 2 tendenze agiscono continuamente fino a quando non si raggiunge uno stato di equilibrio in cui esse si bilanciano. A questo punto non è più possibile disciogliere altra sostanza, vale a dire la soluzione è satura, a quella temperatura. La quantità massima di sostanza che si può sciogliere in una determinata quantità di solvente ad una certa temperatura, vale a dire la concentrazione della soluzione satura, rappresenta la solubilità di quella sostanza in quel solvente, alla temperatura indicata

7 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità Nella maggior parte dei casi, con l’aumentare della temperatura la solubilità di una sostanza in un’altra aumenta. Una soluzione satura si può ottenere sia aggiungendo il solido al liquido sino al limite di solubilità, sia evaporando una soluzione diluita in modo da allontanare una parte del solvente. Di norma, quando in una soluzione vi è un eccesso di soluto, cioè un corpo di fondo che persiste anche dopo agitazione, la soluzione è satura.

8 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Dato un sistema a Temperatura e Pressione costante costituito da un solido immerso in un liquido (solvente) per determinare il grado di solubilità del solido bisogna prendere in considerazione una serie di fattori. Dal punto di vista termodinamico perchè la dissoluzione del solido sia spontanea deve risultare : ΔG = ΔH-TΔS < 0

9 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Il termine ΔH rappresenta il risultato della somma di tre termini corrispondenti ad altrettanti fenomeni chimico fisici che si verificano nel sistema considerato (soluzione) ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3

10 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Affinche il solido si sgiolga nel liquido deve aver luogo la demolizione dell’edificio cristallino: le molecole lasciano la loro posizione originale e si distribuiscono nel solvente. Il termine ΔH 1 si riferisce alla variazione di entalpia associata a questo processo

11 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Oltre alla demolizione dell’edificio cristallino per creare la soluzione, bisogna anche che gli ioni o le molecole del solido si inseriscano nel liquido; Affinchè ciò avvenga è necessario vincere le interazioni tra le molecole di solvente e l’energia relativa da fornire rappresenta il fattore ΔH 2

12 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Il terzo contributo ΔH 3 corrisponde alla variazione di entalpia associata al processo di solvatazione che consiste nella formazione di legami di coordinazione o idrogeno fra le molecole del solvente e le particelle del soluto.

13 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Sciogliendo ad esempio NaCl in H 2 O, il catione metallico Na + forma legami con le molecole di solvente circondandosi di 6 molecole di H 2 0

14 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Ad una prima attrazione elettrostatica tra il catione e la parziale carica negativa sull’ossigeno dell’ acqua segue la formazione dei legami dativi. Il catione Na+, la cui elettronegatività è molto alta può accettare sugli orbitali esterni il doppietto disponibile dell’ossigeno. Mentre l’anione Cl- forma ponti idrogeno con l’acqua.

15 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 In generale ΔH 1 è maggiore di zero bisogna fornire energia per rompere il reticolo cristallino ΔH 2 è maggiore di zero bisogna fornire energia per rompere I legami tra le molecole di solvente ΔH 3 è minore di zero si libera energia dalla formazione dei legami tra soluto e solvente

16 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 Il ΔH totale può quindi essere: maggiore di zero no solubilità minore di zero si solubilità

17 Chiaramente a seconda del valore del ΔH potrà variare la temperatura del sistema. NaCl si solubilizza senza apprezzabile scambio di calore ΔH = 0 NH 4 Cl si solubilizza sottraendo calore ΔH > 0 NaOH si solubilizza sviluppando calore ΔH < 0 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3

18 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Non è solo l’entalpia ha determinare se il sistema evolve verso la soluzione. ΔG = ΔH-TΔS < 0 Ma un forte contributo è dato anche dal contributo entropico Nel processo di dissoluzione del solido nel liquido il ΔS è determinato da due contributi: ΔS = ΔS 1 + ΔS 2

19 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni ΔS = ΔS 1 + ΔS 2 ΔS 1 è dato dalla variazione di entropia associata alla demolizione dell’edificio cristallino ed assume sempre un valore elevato positivo (aumento del disordine) ΔS 2 rappresenta la variazione entropica associata aale interazioni tra le particelle si soluto e solvente ed assume sempre valori negativi (Na + in H 2 O)

20 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare apolare in solvente apolare naftalina in CCl 4 ΔH 1 > 0: ma non ha un valore elevato, in quanto tra le molecole di naftalina ci sono interazioni di tipo π (interazioni deboli) e quindi non occorre grande energia per vincere queste interazioni (infatti è bassobollente odore di vecchio nell’armadio della nonna) ΔH 2 > 0 anche questo valore è negativo ma piccolo, perchè il solvente è apolare e quindi ci sono deboli interazioni di van der Waals tra le molecole. E’ necessaria quindi poca energia per formare le cavità nel solvente che ospiteranno le molecole di soluto

21 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare apolare in solvente apolare naftalina in CCl 4 ΔH 3 < 0: ma ancora con valore piccolo date le deboli interazioni tra le molecole di naftalina e il CCl 4 ΔS 1 > 0 con valore alto perchè bisogna distruggere l’edificio cristallino con aumento del disordine (sempre valori alti) ΔS 2 < 0 con valore molto basso perchè le molecole del soluto non interagiscono con le molecole del solvente

22 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare apolare in solvente apolare naftalina in CCl 4 ΔH 1 > 0: maggiore ma piccolo ΔH 2 > 0: maggiore ma piccolo ΔH 3 < 0: minore ma piccolo ΔG = ΔH-TΔS < 0 ΔS 1 < 0: maggiore ma grande ΔS 2 < 0: minore ma piccolo Un solido molecolare e apolare si scioglie molto bene in un solvente apolare (driving force ……entropia)

23 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare apolare in solvente polare naftalina in H 2 O ΔH 1 > 0 con valore basso ΔH 2 > 0 con valore alto perchè l’energia necessaria a rompere i legami dell’acqua è elevata (non è bassobollente 100 gradi) ΔH 3 < 0 con valore basso perchè non esistono interazioni tra soluto e solvente ΔS 1 > con valore elevato ΔS 2 < 0 con valore basso Il termine entalpico è elevato e positivo, analogamente al termine entropico. Non si possono fare previsioni se non si conoscono i numeri. L’esperienza dimostra che un solido molecolare apolare non si scioglie in un solvente polare (prevale il termine entalpico)

24 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare polare in solvente apolare NaCl in Benzene ΔH 1 > 0 con valore alto, per vincere le interazioni ioniche del reticolo cristallino serve molta energia ΔH 2 > 0 con valore basso (bassobollente tipico odere del distributore) ΔH 3 < 0 con valore basso perchè non esistono interazioni tra soluto e solvente ΔS 1 > con valore elevato ΔS 2 < 0 con valore basso Prevale il termine entalpico quindi: non esiste solubilità apprezzabile di solidi ionici in solventi apolari

25 ΔH 1 > 0 con valore alto, per vincere le interazioni ioniche del reticolo cristallino serve molta energia ΔH 2 > 0 con valore alto (perchè?) ΔH 3 < 0 con valore alto (perchè?) ΔS 1 > con valore elevato ΔS 2 < 0 con valore elevato Noi sappiamo che la solubilizzazzione di NaCl in acqua avviene con ΔH = 0 quindi Prevale il termine entropico quindi La solubilità di NaCl in H 2 O è alta Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Solido molecolare polare in solvente polare NaCl in H 2 O

26 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Confrotiamo NaCl, NH 4 Cl ed NaOH in H 2 O ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 (Nacl = 0; NH 4 CL > 0; NaOH < 0) ΔS = ΔS 1 + ΔS 2 ΔH 1 = Gli ioni hanno dimensioni paragonabili ed interazioni di Coulomb all’interno del reticolo cristallino paragonabili quindi ΔH 1 maggiore di zero ma paragonabile per i tre sali. ΔH 2 = uguale perchè il solvente è uguale ΔH 3 = ….

27 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Confrotiamo NaCl, NH 4 Cl ed NaOH in H 2 O ΔH 3 Per NaOH il catione si solvata facilemte formano gli acqua- complessi. Il legame ha caratteristiche intermedie tra quello dativo e quello ionico quindi energeticamente forte. Anche OH - si solvata molto bene facendo legami idrogeno. Ne risulta che ΔH 3 è negativo e grande. Per NaCl il catione si solvata facilemte formano gli acqua-complessi. Il legame ha caratteristiche intermedie tra quello dativo e quello ionico quindi energeticamente forte, mentre Cl - si solvata meno bene di OH -. Mentre OH - si comporta da accettore e donatore di H-bond, l’anione Cl si comporta solo da accettore Ne risulta che ΔH 3 è negativo e meno grande. Per NH 4 Cl….

28 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Termodinamica delle Soluzioni Confrotiamo NaCl, NH 4 Cl ed NaOH in H 2 O ΔH 3 Per NH 4 Cl, Per Cl - vale quanto detto; mentre NH 4 + non può solvatarsi circondandosi di molecole di acqua come Na + ma può partecipare solo ai legami idrogeno. Ne risulta che per questo sale il ΔH 3 è il più piccolo, osserviamo quindi una solubilizzazione con diminuizione della temperatura.

29 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico La solubilità di una sostanza nell’acqua dipende principalmente da 2 fattori: l’energia reticolare del solido e l’energia di idratazione degli ioni. L’energia reticolare è una misura dell’attrazione elettrica tra gli ioni di carica opposta. Quanto più piccoli sono gli ioni e quanto maggiori sono le loro cariche, tanto maggiore è l’energia reticolare, e quindi tanto più stabile è il cristallo F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 )

30 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico L’energia di idratazione (o calore o entalpia di idratazione) è una misura dell’attrazione degli ioni verso le molecole polari di acqua. ΔH 2 Quanto più è piccolo lo ione, tanto maggiore è l’energia di idratazione, e quindi tanto più facile è la dissoluzione dello ione. (e la forza del reticolo cristallino F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 )) Tuttavia, non sempre è facile trovare una relazione tra l’andamento della solubilità e i valori delle energie reticolari e dei calori di idratazione. E’ spesso necessario considerare anche la variazione di entropia che si registra a seguito della dissoluzione della sostanza.

31 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Se si considera la solubilità degli alogenuri alcalini in relazione alle dimensioni degli ioni, è possibile notare che: -i fluoruri sono tanto più solubili quanto più è grande il catione (es., CsF>RbF>KF>NaF>LiF); -gli ioduri sono tanto più solubili quanto più piccolo è il catione (CsI<RbI<KI<NaI<LiI); - i sali che hanno gli ioni entrambi piccoli (LiF) o entrambi grossi (CsI) sono tra i meno solubili F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 )

32 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Se si considera la solubilità degli alogenuri alcalini in relazione alle dimensioni degli ioni, è possibile notare che: -i fluoruri sono tanto più solubili quanto più è grande il catione (es., CsF>RbF>KF>NaF>LiF); -Data la forte differenza di elettronegatività sono solidi ionici! -Quello che varia è il raggio del catione Li+ 0.60Å Na+ 0.95Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 )

33 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico I fluoruri sono tanto più solubili quanto più è grande il catione (es., CsF>RbF>KF>NaF>LiF); -Quello che varia è il raggio del catione Li+ 0.60Å Na+ 0.95Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å L’aumento graduale del raggio è dovuto all’incremento degli elettroni negli orbitali atomici esterni. La presenza della carica positiva esercita un’attrazione verso gli elettroni esterni con riduzione del raggio (e gli anioni?)

34 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico I fluoruri sono tanto più solubili quanto più è grande il catione (es., CsF>RbF>KF>NaF>LiF); -Quello che varia al variare del raggio del catione Li+ 0.60Å Na+ 0.95Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å È la forza coulombiana. F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 ) ΔH 1

35 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico I fluoruri sono tanto più solubili quanto più è grande il catione (es., CsF>RbF>KF>NaF>LiF); -Quello che varia al variare del raggio del catione Li+ 0.60Å Na+ 0.95Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å È la forza coulombiana. F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 ) ΔH 1 Quindi il più solubile è : CsF

36 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Se si considera la solubilità degli alogenuri alcalini in relazione alle dimensioni degli ioni, è possibile notare che: -gli ioduri sono tanto più solubili quanto più piccolo è il catione (CsI<RbI<KI<NaI<LiI); -Quello che varia al variare del raggio del catione Li+ 0.60ÅF - 1.36Å Na+ 0.95ÅI - 2.16Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å Secondo ΔH 1 staremmo sbagliando ……..

37 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Se si considera la solubilità degli alogenuri alcalini in relazione alle dimensioni degli ioni, è possibile notare che: -gli ioduri sono tanto più solubili quanto più piccolo è il catione (CsI<RbI<KI<NaI<LiI); -Variazione del raggio dell’anione Li+ 0.60ÅF - 1.36Å Na+ 0.95ÅI - 2.16Å K+1.33Å Rb+1.48Å Cs+1.69Å Secondo ΔH 1 staremmo sbagliando …….. ΔH 2 è uguale perchè?

38 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico ΔH 3 ? La solvatazione è un’interazione regolata dalla legge di Coulomb F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 ) Possiamo quindi prevedere che l’energia di solvatazione sia massima per ioni piccoli! Quindi se da un lato l’aumento del raggio degli ioni riduce l’energia necessaria alla rottura del reticolo cristallino dall’altro lato riduce anche l’energia di solvatazione Li+ 0.60ÅF - 1.36Å Na+ 0.95ÅI - 2.16Å K+1.33ÅPerchè il raggio delgi anioni è + grande Rb+1.48Å Cs+1.69Å

39 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Si consideri la solubilità in acqua dei solfati di calcio, stronzio e bario: CaSO 4 solubile, SrSO 4 poco solubile, BaSO 4 insolubile. La solubilità di questi sali diminuisce all’aumentare del raggio del catione. Ca 2+ 0.99Å Sr 2+ 1.13Å Ba 2+ 1.52Å L’attrazione coulombiana nel reticolo cristallino è poco importante. Infatti se dipendesse da questa avremmo che il Ba 2+ (SO 4 ) sarebbe il più solubile (raggio più grande, denominatore più grande F più piccolo)

40 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Si consideri la solubilità in acqua dei solfati di calcio, stronzio e bario: CaSO 4 solubile, SrSO 4 poco solubile, BaSO 4 insolubile. Il fattore determinante è ΔH 3 Dal momento che il raggio dell’anione (SO 4 ) -2 è molto più grande di quello dei cationi, Ca 2+ ; Sr 2+ ed Ba 2+ ) la somma r+ + r− resta quasi costante al variare del raggio del catione La diminuzione di solubilità lungo la serie deve essere attribuita allora alla diversa energia di idratazione dei cationi. Dal momento che questa è tanto più grande quanto più piccolo è il catione, risulta che, dei 3 cationi, il calcio è quello che ha più tendenza a circondarsi di molecole di acqua, giustificando la maggiore solubilità del solfato di calcio.

41 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni del raggio ionico Si può, dunque, dire che, in generale, i sali di calcio, stronzio e bario derivanti da anioni di grandi dimensioni (es., solfati, cromati) hanno solubilità decrescente dal calcio al bario. Al contrario, i composti derivanti da anioni piccoli (es., fluoruri) hanno solubilità crescente dal calcio al bario. I sali derivanti da anioni di dimensioni intermedie (es., carbonati) hanno solubilità quasi uguali tra loro

42 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni di carica Si consideri la solubilità di una serie di sali costituiti da ioni entrambi monovalenti, o entrambi bivalenti o entrambi trivalenti, come NaCl, MgSO 4, AlPO 4. Si deve tener presente che, quanto maggiore è la carica di uno ione, tanto maggiore è l’attrazione che esso esercita sulle molecole polari di H2O, ma tanto maggiore risulta anche l’attrazione tra ioni nel solido. Un aumento della carica sembra favorire sia la solubilità sia l’insolubilità. F = K q 1 x q 2 / (r 1 + r 2 )

43 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni di carica In molti casi, tuttavia, sembra che un aumento di carica sia del catione che dell’anione favorisca l’insolubilità. La solubilità dei 3 sali diminuisce nell’ordine: NaCl>MgSO 4 >AlPO 4. D’altra parte, un aumento della carica di uno solo dei 2 ioni non fa variare di molto la solubilità. NaCl, MgCl 2 e AlCl 3 sono tutti notevolmente solubili, come anche NaCl, Na 2 SO 4 e Na 3 PO 4

44 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solubilità e Variazioni di carica Nei sali atruttura totalmente o parzialmente covalente I fattori prima considerati importanti per la solubilità perdono la loro importanza. Infatti la distinzione tra catione ed anione nel reticolo cristallino non ha più molto senso o almeno non è così marcata. Si può quindi affermare che il fattore determinante per la solubilità in acqua è l’elettronegatività tra catione ed anione che condiziona la polarità del legame e quindi la sua capacità di dare origine alla rottura eterolitica

45 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici La miscibilità dipende dalla polarità del solvente organico e dalla sua attitudine a formare legami idrogeno. I solventi organici ossidrilati sono miscibili con l’acqua, in quanto sono in grado di formare con essa legami ad idrogeno che si sostituiscono a quelli preesistenti. Ad esempio, in una miscela acqua/etanolo i legami fra 2 molecole di acqua e tra 2 molecole di etanolo vengono facilmente sostituiti da legami ad idrogeno tra 1 molecola di acqua e 1 molecola di etanolo.

46 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici Bisogna, inoltre, considerare che i solventi ossidrilati (es., metanolo, etanolo) sono composti polari. Le interazioni dipolo-dipolo che tengono unite fra loro le molecole d’acqua da una parte e le molecole dell’alcol dall’altra, possono essere facilmente sostituite da forze di attrazione molto simili che uniscono le molecole di acqua a quelle dell’alcol. L’acetone (CH 3 COCH 3 ) può formare anch’esso legami a idrogeno e quindi è miscibile con l’acqua.

47 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici L’acetone è miscibile anche con sostanze di natura acida, con cui esso si comporta da accettore di protoni; ad esempio, con acido solforico si ha: Il cloroformio (CHCl3), il benzene (C6H6), il solfuro di carbonio (CS2) non sono miscibili con l’acqua, perché le loro molecole sono apolari.

48 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici Gli eteri presentano nella loro struttura un atomo di ossigeno, ma i loro atomi di idrogeno sono legati soltanto da atomi di carbonio. Essi, pertanto, non sono abbastanza positivi per legarsi apprezzabilmente con l’ossigeno. Ciò, ad esempio, rende ragione del fatto che l’etere dietilico (CH 3 CH 2 -O-CH 2 CH 3 ) e l’acqua sono immiscibili tra loro.

49 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici Il potere solvente dei solventi organici dipende dalla natura del solvente e dalla natura della sostanza che si desidera sciogliere. I solventi molto polari possono sciogliere sostanze fortemente polari. I solventi apolari o debolmente polari sciolgono sostanze apolari o debolmente polari.

50 Dr. Antonio Coluccia, Corso di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I (A-L) Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica Solventi organici I solventi che hanno una costante dielettrica elevata, avendo un forte potere ionizzante, possono essere buoni solventi per gli elettroliti. I solventi che hanno una costante dielettrica bassa, generalmente non solubilizzano sostanze ioniche. E’ da notare, tuttavia, che un solvente come l’acetone, pur essendo poco polare e pur avendo una costante dielettrica relativamente bassa, può essere un buon solvente per sostanze polari.