Calcoli quantitativi in chimica analitica: esercizi
Feb18

Calcoli quantitativi in chimica analitica: esercizi

La chimica analitica si occupa, oltre che della determinazione qualitativa di un campione, anche di quella quantitativa di un campione utilizzando le tecniche più svariate dall’analisi gravimetrica a quella volumetrica, dall’analisi strumentale che sfrutta metodi elettrochimici a quella che si avvale dell’interazione radiazione materia fino alle tecniche cromatografiche. Nell’ambito dell’analisi volumetrica si usano le titolazioni che possono essere di vari tipi tra cui acido-base, ossidimetriche, complessometriche, per precipitazione. Vengono proposti alcuni problemi relativi alla determinazione quantitativa di un analita utilizzando una tecnica volumetrica. Esercizi Un campione di massa 0.4891 g contenente ferro viene solubilizzato con HCl e tutto il ferro in esso presente viene portato a ferro (II) che viene titolato con bicromato di potassio. Calcolare la percentuale di ferro nel campione espressa come % m/m in Fe2O3 se sono stati impiegati 36.92 mL di bicromato di potassio 0.02153 M per raggiungere il punto finale Occorre innanzi tutto scrivere la reazione tra il ferro (II) e il bicromato di potassio: Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ → 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O Le moli di bicromato utilizzate per raggiungere il punto finale sono pari a: moli di bicromato = 0.03692 L ∙ 0.02153 mol/L = 0.0007949 il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1:6 Moli di Fe2+ = 0.0007949 ∙ 6 = 0.004769 Moli di Fe2O3 = 0.004769/2 = 0.002385 Massa di  Fe2O3 = 0.002385 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.3808 g % m/m di Fe2O3 nel campione = 0.3808 ∙ 100/0.4891 = 77.86 Un campione di candeggina avente volume pari a 25.00 mL viene diluito a 1000 mL. Vengono prelevati 25.0 mL della e posti in una beuta un eccesso di ioduro di potassio il quale riduce lo ione ClO– a Cl– trasformandosi in I3–. Lo ione triioduro ottenuto viene titolato con 8.96 mL di una soluzione di tiosolfato di sodio 0.09892 M. Determinare la quantità di ipoclorito di sodio presente nel campione espressa in % m/V Occorre scrivere: a) la reazione tra ipoclorito e ioduro: OCl– +3 I– + 2 H+ → Cl– + I3– + H2O b) la reazione del triioduro con il tiosolfato I3– + 2 S2O32- → 3 I– + S4O62- Le moli di tiosolfato utilizzate nella titolazione del triioduro sono: moli di tiosolfato = 0.00896 M ∙ 0.09892 mol/L = 8.86 ∙ 10-4 Il rapporto stechiometrico tra tiosolfato e triioduro è di 2:1 Moli di triioduro = 8.86 ∙ 10-4/2 = 4.43 ∙ 10-4 Il rapporto stechiometrico tra triioduro e ipoclorito è di 1:1 pertanto le moli di ipoclorito presenti in 25.0 mL della soluzione diluita sono 4.43 ∙ 10-4 Le moli di ipoclorito contenute in...

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Cifre significative
Feb16

Cifre significative

Quando si effettuano misure di grandezze fisiche come massa, volume e temperatura si utilizza uno strumento di misura che ha una certa sensibilità che è il più piccolo valore della grandezza che lo strumento è in grado di misurare. Si supponga, ad esempio, che utilizzando una bilancia, si ottenga che la massa di un corpo sia di 7.853 g. Ciò implica che lo strumento ci consente di determinare con sicurezza i grammi, i decigrammi, i centigrammi ma non i milligrammi su cui grava un’incertezza di ±1. La misura potrebbe essere quindi scritta come 7.853 ± 0.001 ovvero la massa del corpo è compresa tra 7.852 e 7.854 g. La misura ha quindi 4 cifre significative di cui 3 cifre attendibili e una dubbia. Supponiamo che la massa di un corpo sia di 12.5 g e volessimo esprimere la misura in milligrammi: è sbagliato scrivere 12500 mg in quanto nella misurazione effettuata l’incertezza ricade sui decigrammi pertanto bisogna scrivere, in notazione esponenziale 1.25 ∙ 104 mg. Uno dei maggiori problemi nell’attribuzione del numero di cifre significative di una misurazione è la presenza dello zero. Se lo zero è compreso tra due cifre diverse da zero esso è una cifra significativa quindi il numero 3.307 g ha quattro cifre significative. Se lo zero è l’ultima cifra esso è una cifra significativa pertanto il numero 1.70 g ha tre cifre significative. Se lo zero si trova a sinistra di un numero e serve solo a localizzare la virgola esso non è una cifra significativa quindi il numero 0.433 g ha tre cifre significative così come in numero 0.0024 g ha due cifre significative. Calcoli con le cifre significative. Si supponga che ad un beaker vuoto di massa 75.0 g venga aggiunto un sale di massa 0.235 g. la massa complessiva non è quella che ci fornisce la somma dei due numeri ovvero 75.235 g in quanto il numero 75.0 ha tre cifre significative e un’incertezza sui decigrammi pertanto la somma dei due numeri deve mantenere incertezza sui decigrammi quindi 75.0 g + 0.235 g = 75.2 g. Quando si fanno operazioni di somma o sottrazione tra due o più misure il risultato dell’operazione deve contenere lo stesso numero di decimale dell’addendo o del sottraendo che ne contiene il minor numero: (22.5 + 12.10 + 10.41) g = 45.0 g Il risultato della moltiplicazione o della divisione deve contenere lo stesso numero di cifre significative presenti nel fattore che ne contiene di meno: 0.348 coulomb/ 0.12 s = 2.9 coulomb/s Quando il valore numerico di una grandezza contiene un numero di cifre maggiore rispetto a quello delle cifre significative che devono essere usate...

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Convertitori catalitici
Feb14

Convertitori catalitici

La reazione chimica più importante che avviene in un motore a combustione interna è la combustione del carburante. Se la combustione fosse completa gli unici prodotti di reazione sarebbero biossido di carbonio e vapore acqueo. Tuttavia, affinché ciò possa avvenire si dovrebbero verificare una serie di fattori: presenza sufficiente di ossigeno, adeguata miscelazione della benzina e dell’aria e tempo sufficiente affinché la miscela reagisca. Nei motori a combustione interna, tuttavia, il tempo disponibile è limitato dal ciclo del motore pertanto si verifica una combustione incompleta del carburante e ciò porta all’emissione del monossido di carbonio e di una vasta gamma di composti organici volatili (VOCs) compresi gli idrocarburi (HC) e di sostanze aromatiche. Vi sono poi altri prodotti del processo di combustione costituiti dagli ossidi di azoto indicati con la sigla NOx che si formano dalla reazione tra l’ossigeno e l’azoto presenti nell’aria ad elevate temperature. I convertitori catalitici sono dei dispositivi che controllano le emissioni di scarico convertendo i gas nocivi in inquinanti meno dannosi per l’uomo e l’ambiente con conseguente diminuzione dell’inquinamento dell’aria. I convertitori catalitici sono in grado di trasformare circa il 98% dei fumi nocivi catalizzando reazioni di ossidoriduzione in cui i reagenti sono costituiti dai prodotti di scarico. Essi sono costituiti da un alloggiamento metallico in cui vi è del materiale ceramico a nido d’ape rivestita da cordierite 2 Mg.2 Al2O3. 5 SiO2 con pareti porose e canali paralleli di circa 60 cm contenente metalli di transizione come platino, palladio e rodio. Per aumentare la superficie di contatto la superficie interna a forma di nido d’ape è rivestita da uno strato irregolare di ossido di alluminio in cui sono contenuti degli ossidi. L’ossido di bario BaO agisce da promotore strutturale impedendo che le particelle del catalizzatore, per effetto della temperatura o con il tempo subiscano un processo di sinterizzazione provocando una riduzione dell’attività catalitica a causa della diminuzione della superficie totale esterna del catalizzatore. L’ossido di germanio GeO2 agisce da promotore chimico aumentando l’attività e la selettività del catalizzatore. Tra i convertitori catalitici più efficaci vi è quello trivalente o ossidante e riducente detto three-way in quanto è in grado di agire sui tre principali inquinanti. Nella prima sezione del convertitore catalitico detta camera riducente vengono ridotti gli NOx in azoto e ossigeno e la reazione è catalizzata dal platino e dal rodio: 2 NO → N2 + O2 2 NO2 → N2 + 2 O2 Nella seconda sezione della camera ossidante vengono ossidati il monossido di carbonio, gli idrocarburi incombusti e i VOCs ad opera del platino e del palladio: 2 CO + O2 → 2 CO2 CnHm + [n+ (m/4)] O2 → n CO2...

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Rubino
Feb12

Rubino

Il rubino è una pietra preziosa di colore rosso della famiglia del corindone costituito da ossido di alluminio estratto principalmente in Birmania e nello Sri Lanka. Il corindone è un minerale allocromatico la cui colorazione dipende dalla presenza di impurezze e, se polverizzato, perde il suo colore diventando una polvere spesso biancastra. Il rubino è una pietra nota fin dall’antichità e viene citata nella Bibbia; gli antichi Indù ritenevano che coloro che offrivano i rubini al dio Krishna ricevessero il dono di rinascere come imperatore. Nel I secolo d.C. Plinio il Vecchio nella sua Naturalis historia descrisse la durezza e la densità dei rubini. Il rubino è stato oggetto di numerose leggende nel corso dei secoli. La gente in India credeva che i rubini permettessero ai loro proprietari di vivere in pace con i loro nemici mentre in Birmania i guerrieri possedevano rubini che li rendevano invincibili in battaglia. Il rubino è stato da sempre apprezzato anche nel mondo occidentale divenendo una delle gemme più ambite dei reali europei e delle classi superiori.  Il colore del rubino varia dal rosso brillante al marrone rossiccio scuro a seconda del tipo di impurezze in esso contenute. Il rubino più apprezzato è il rubino birmano noto per il suo colore “sangue di piccione” la cui colorazione è dovuta alla presenza di ossido di cromo (III). In realtà il rubino e lo zaffiro hanno la stessa struttura e composizione ma differiscono tra loro per la presenza di metalli di transizione diversi. Mentre la formula della zaffiro è MxAl2-xO3 essendo M un metallo di transizione ovvero vanadio, cromo, titanio e ferro, la formula del rubino è CrxAl2-xO3 con x~0.05 del tutto simile a quella dello zaffiro rosa da cui differisce per la maggiore quantità di cromo (III) in esso presente. Il rubino che ha un grado di durezza pari a 9 nella Scala di Mohs, insieme allo smeraldo e allo zaffiro costituisce la triade delle pietre di colore di maggior pregio, ma nell’antichità, in assenza di tecniche analitiche atte alla sua caratterizzazione veniva confuso con lo spinello. Quest’ultimo ha formula MgAl2O4 e un grado di durezza pari a 8 nella Scala di Mohs appare molto simile al rubino al punto da essere incastonato, confuso con un rubino, sulla fronte della corona imperiale britannica. Il rubino è stata la prima pietra preziosa ad essere sintetizzata in laboratorio: il chimico francese Auguste Victor Louis Verneuil, sviluppando le ricerche di altri chimici fu il primo a brevettare il metodo di ottenimento del rubino nel 1902. Il metodo detto “di fusione alla fiamma” o metodo Verneuil consiste nel trattare l’ossido di alluminio con l’ossido di cromo (III) finemente polverizzati ad elevate...

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Bromo
Feb11

Bromo

Il bromo è un elemento appartenente al Gruppo 17 e al 4° Periodo avente configurazione elettronica [Ar] 3d10, 4s2, 4p5 che presenta numeri di ossidazione +7, +5, +4, +3, +1 e -1. Il bromo fu scoperto da due scienziati indipendentemente l’uno dall’altro. Nell’autunno del 1825 Karl Jacob Löwig studente del Laboratorio di Medicina e Chimica del Prof. L. Gemlin, all’Università di Heidelberg ottenne un liquido rossastro dall’odore sgradevole dopo aver trattato un’acqua sorgiva con cloro gassoso e averla dibattuta con etere etilico che, a seguito dell’evaporazione, dava luogo a questo liquido che solo più tardi fu denominato bromo dal greco βρῶμος che significa fetore. La pubblicazione dei risultati fu ritardata e nel 1926 il chimico francese Antoine Balard che lavorava in una scuola di farmacia a Montpellier, isolò una sostanza con le stesse proprietà del liquido ottenuto da Löwig lavorando sulla cenere delle alghe delle saline di Montpellier. I risultati furono presentati in una conferenza dell’Académie des Sciences e pubblicati sugli Annales de Chimie et Physique e pertanto la scoperta del bromo viene attribuita a Antoine Balard Attualmente il bromo viene ottenuto dall’acqua di mare dove è contenuto come bromuro trattando l’acqua con cloro. Il cloro è un miglior ossidante del bromo in quanto il potenziale standard della semireazione di riduzione Cl2 + 2 e- → 2 Cl- vale + 1.36 V mentre il potenziale standard della semireazione di riduzione Br2 + 2 e- → 2 Br- vale + 1.07 V e pertanto ossida il bromuro a bromo secondo la reazione: 2 Br- + Cl2 → Br2 + 2 Cl- Il bromo così ottenuto viene allontanato dal vapore d’aria e fatto passare attraverso una soluzione di carbonato di sodio dove avviene la reazione di disproporzione con ottenimento di bromato e bromuro: 3 Br2 + 3 Na2CO3 → 5 NaBr + NaBrO3 + 3 CO2 La soluzione di bromato e bromuro viene acidificata con acido solforico con ottenimento di HBr e HBrO3: 5 NaBr + NaBrO3 + 3 H2SO4 → 5 HBr + HBrO3 + 3 Na2SO4 HBr e HBrO3 reagiscono tra loro in una reazione di comproporzione per dare bromo: 5 HBr + HBrO3 → 3 Br2 + 3 H2O In laboratorio il bromo può essere ottenuto per ossidazione del bromuro con perossido di idrogeno in ambiente acido secondo la reazione: 2 KBr + H2O2 + 2 HCl → Br2 + 2 H2O + 2 KCl Il bromo è l’unico non metallo che si presenta liquido a temperatura ambiente e presenta caratteristiche simili a quelle degli alogeni che lo precedono e lo seguono nel gruppo. Il bromo è un ossidante e reagisce con l’acqua secondo una reazione di disproporzione...

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