Analisi delle sostanze inorganiche di impiego farmaceutico

Esercitazione 1

Preparativi iniziali

Prendi 1 cavo per piastra elettrica. Guanti su 2 tavoli, foglio dell’esercitazione guidata, foglio con informazioni generali, foglio con dotazione del banco e scatoletta. Registro raccoglitore bianco: controlla che la vetreria di laboratorio è completa, firma. Una per presa visione di armadietto e una per conoscere che bisogna indossare cose giuste nel lab.

Sui tavoli c’è anche chiave per lucchetto armadietto. Dopo aver aperto rimetti via chiave. Scatola di plastica con altra vetreria dalla parte opposta dell’entrata. Verifica contenuto delle scatolette. Accendi cappa. Prima dai corrente al banco: interruttore vicino a finestra.

Allestimento per esperimenti

Ogni volta che devo solubilizzare, devo scaldare. Quindi allestisco bagno-maria. Riempi ¾ di becker con acqua deionizzata che è sopra il banco. Se vuoto riempi con rubinetto arancione in comune con tutti. Parte frontale c’è presa per piastra. Mettila al massimo e sopra metti becker.

Prima esperienza: Prove di solubilità

Come verificare la solubilità di una sostanza. Scelgo la giusta vetreria: provetta, o normale o da centrifuga. Verifico la pulizia della stessa (se non lo è la lavo con scovolini dove c’è il lavandino: acqua del rubinetto ha ioni inquinanti quindi uso acqua deionizzata (rubinetto arancione).

—> Sciacqua sempre con acqua deionizzata la provetta. Usa la spruzzetta con acqua deionizzata, spruzza dentro un paio di cm. Agita la provetta. L’acqua che si scarta la butti nel becker contenete rifiuti liquidi sotto le cappe.

Procedimento

• Quando devo trattare una sostanza solida, ne prendo una punta di spatola: ricopro la spatola con 2-3 mm. Meno sostanza si usa meglio viene l’esperimento.
• Dopo aver preso una punta di spatola di sostanza la metto nella provetta.
• Aggiungo l’acqua, 1-2 ml, quindi 2 cm e poi agito la provetta.
• Immergo provetta nel bagnomaria. La tengo fino a quando la sostanza si scioglie.
• (Dopo aver finito versa nel becker di recupero e poi nel bidone)

Sostanze e procedure

1. Carbonato di sodio (Na₂CO₃) si scioglie in H₂O: uso procedura precedente per fare l’esperimento.
2. Ossido di magnesio (MgO) non si scioglie in H₂O quindi provo ad aggiungere 2 ml, ovvero 2 cm nella provetta di HCl diluito (=2M): questo è nel ricettario personale, nell’armadietto. Qui c’è scatola con boccette con contagocce con diversi reattivi. Dopo l’aggiunta di HCl l’ossido di magnesio resta come corpo di fondo: sotto polvere bianca e sopra acido cloridrico. È necessario rendere omogenea la soluzione quindi agito bene e se necessario scaldo con bagnomaria. Dopo l’aggiunta di HCl, MgO si scioglie (se ancora non si scioglie aggiungo altro HCl). Ossido di magnesio è in equilibrio con l’idrossido di magnesio. Si possono trattare nello stesso modo. Normalmente l’equilibrio è spostato verso sinistra. Se aggiungo HCl l’equilibrio si sposta verso destra quindi MgO si scioglie in HCl.
3. Carbonato di calcio (CaCO₃) non si scioglie in H₂O quindi aggiungo 2 ml di HCl e rendo la soluzione omogenea, se necessario con bagnomaria. Vedrò un’effervescenza (data da CO₂) e poi il carbonato si scioglierà. L’equilibrio è spostato verso sinistra ma se aggiungo HCl riesco a spostarlo verso destra quindi CaCO₃ si scioglie in HCl facendo effervescenza perché il carbonato si decompone in anidride carbonica + acqua.
4. Solfato di bario (BaSO₄) non si scioglie in H₂O. (attenzione allo smaltimento, perché tossico). Aggiungo in HCl, scaldo con bagnomaria, ma la sostanza non si scioglie nemmeno in HCl! Ho sempre un corpo di fondo, sia nell’acqua che nell’acido. BaSO₄ non si scioglie neanche con acidi concentrati o basi forti perché non si riesce mai a spostare l’equilibrio verso destra.

Solubilizzare una sostanza: passo da un sistema bifasico, sospensione, a una soluzione. Ho stesso colore. Se fosse torbida, allora la solubilizzazione non è avvenuta o non è avvenuta completamente.

Seconda esperienza: Idrolisi di sali e misura del pH

Il pH lo misuro dopo aver preparato la soluzione.

Procedimento

• Prendo il sale con una spatolina, lo metto in provetta con 2 ml (=2 cm) di acqua deionizzata. La sostanza deve essere sciolta e quindi uso bagnomaria se necessario.
• Prendo carta indicatrice con le pinzette e la metto su un vetrino d’orologio (nel contenitore sui tavoli all’ingresso dei laboratorio. Ne uso una sola alla volta)
• Bagno con acqua la cartina che deve indicare pH neutro, cioè un colore verde o verdino/giallo in modo tale da verificare che l’acqua non sia contaminata e non sia già acida. La cartina bagnata è quindi il mio punto di partenza. (La cartina ci dà un’indicazione sul pH, non un valore preciso).
• Prelevo una goccia dalla soluzione con l’agitatore o una pipetta: immergo la bacchettina di vetro (che deve essere sciacquata con acqua deionizzata), la appoggio sulla cartina e vedo la variazione del colore.
• Dopo averla usata cartina butta nei bidoni vicino a cappa per rifiuti solidi.

Rosso, arancio: pH acido. Blu, verde: pH basico. Verdino, giallo: pH neutro.

Sostanze e pH

1. Acetato di sodio (CH₃COONa): pH basico, circa 8,5 verificato con procedimento riportato precedentemente. Il sodio non influenza il pH. L’acetato sì. Il pH sarà basico quindi cartina verdognola.
   • CH₃COOH (s) —> Na⁺ + CH₃COO^-
   • CH₃COO^- + H₂O —> CH₃COOH + OH^-
2. Cloruro di potassio (KCl): pH neutro. Costituito da acido forte e base forte (HCl e KOH). Nessuna delle due specie possono influenzare il pH con idrolisi. KCl è un sale quindi in soluzione darà pH neutro.
   • KCl (s) —> K⁺ + Cl^-
3. Acetato di ammonio (CH₃COONH₄): pH neutro, circa 7. Ho un acido debole e una base debole. Idrossido di ammonio o ammoniaca è uguale. Hanno stessa pKa ammonio e acetato: hanno stesso contribuito. È uno dei pochi Sali che va dare idrolisi da pH neutro.
   • CH₃COONa —> 2Na⁺ + CO₃^2-
   • NH₄⁺ + H₂O —> NH₄OH + H⁺
   • CH₃COO^- + H⁺ —> CH₃COOH
4. Carbonato di sodio (Na₂CO₃) pH basico, circa 12.5. Base forte e acido debole, acido carbonico.
   • Na₂CO₃ (s) —> 2Na⁺ + CO₃^2-
   • CO₃^2- + H₂O —> HCO₃^- + OH^-
   • HCO₃^- + H₂O —> H₂CO₃ + H⁺ (l’ultima reazione NON tende ad avvenire)
5. Cloruro di alluminio (AlCl₃): pH acido, circa 3.5. Al è un acido di Lewis quindi da un pH acido.
   • Al³⁺ + 3H₂O —> Al(OH)₃ + 3H⁺
   • Al³⁺ + 3H₂O —> Al(OH)₃ + 3H⁺
   • Al(OH)₃ + H₂O —> Al(OH)₂ + H⁺
   • Al(OH)₂ + H₂O —> Al(OH)₃ + H⁺

Terza esperienza: Soluzioni tampone

Procedimento

• Prendo 1 provetta con acqua deionizzata e 1 con il tampone.
• Aggiungo 0.5 ml di HCl 0.4M alla provetta solo con acqua, agito bene. Misuro pH. Deve essere acido.
• Aggiungo 0.5 ml di HCl 0,4 M nella provetta con il tampone. HCl devo diluirlo, da 2M a 0.4M quindi prendo 1 ml di HCl 2M e lo diluisco con 4 ml di H₂O.
• Misuro il pH con cartina indicatrice nelle due provette.
• Aggiungo altri 0.5 mL fino a quando vedo un cambiamento di pH cioè fino a quando HCl ha consumato tutto il tampone.

Tampone acido acetico e acetato di sodio: Per preparare una provetta con il tampone e per farlo prendo CH₃COOH 2M e CH₃COONa 2M in volumi uguali (per farlo utilizzo una provetta graduata). Dopo aver mischiato il tampone 1M misuro il pH ed è leggermente acido (cartina arancio).

Aggiungo altre 0.5 ml di HCl diluito, mischio e misuro il pH che ora risulta circa di 4.5/5. Continuo ad aggiungere HCl diluito fino a quando HCl ha consumato tutto l’acetato. L’acetato quindi non può più essere convertito in acido acetico quindi il pH diminuisce diventando più acido. Dopo circa 3 ml di HCl diluito il pH diventa fortemente acido, circa 1.5/2.

Diluizione HCl

Considero HCl 2M che deve essere portato a 0.4M

M₁ x V₁ = M₂ x V₂

2M x 1ml = 0.4M x V₂

V₂ = 5 ml

Quarta esperienza: Precipitazioni

Metodo analitico per capire la specie chimica che precipita. Sali bianchi e cristallini ma con caratteristiche di solubilità diverse.

Procedimento

• Prendo 2 provette da centrifuga.
• In entrambe metto 1 ml di soluzione di cloruro di bario (BaCl₂) dal ricettario, circa 1 pipettata.
• A una provetta aggiungo acido solforico (H₂SO₄) diluito, 2 M, nel regentario comune.
• Agito bene e si forma un precipitato bianco cristallino. Se è troppo poco aggiungo altro acido solforico.
• Nell’altra provetta aggiungo goccia a goccia carbonato di sodio fino a precipitazione completa (Na₂CO₃).
• Agito bene e si forma precipitato bianco cristallino.
• Contrassegna le 2 provette!! Pennarello o post-it.

Per verificare la loro solubilità in HCl ci serve la separazione di fase nella quale mantengo il precipitato e elimino la fase liquida, quindi:

• Centrifugo. Uso 2 provette da centrifuga con lo stesso volume di liquido: se le 2 provette non hanno stesso volume, aggiungo acqua con pipetta Pasteur (devono essere diametralmente in posizione opposta): 2500 giri x 3 minuti, Vel 2.
• Dopo la centrifuga la fase solida deve essere sedimentata. Se non lo è centrifugo ancora.
• Elimino fase liquida o versando il contenuto nel becker di recupero o con l’aiuto di una pipetta Pasteur aspiro fase liquida e butto nel Becker di recupero.
• Aggiungo un paio di pipettate di HCl diluito 2M nelle 2 provette, agito bene.

Reazioni

• Cloruro di bario e acido solforico (BaCl₂ + H₂SO₄) NON si scioglie in HCl.
• Cloruro di bario e carbonato di sodio (BaCl₂ + Na₂CO₃), carbonato di bario si scioglie in HCl. La solubilizzazione del carbonato di bario sviluppa effervescenza dovuta a CO₂.

Per fare separazioni di fase uso centrifuga.

Provetta 1) Ba²⁺ (da BaCl₂) + SO₄^2- (da H₂SO₄) —> BaSO₄ (precipitato bianco)
Provetta 2) Ba²⁺ (da BaCl₂) + CO₃^2- (da Na₂CO₃) —> BaCO₃ (precipitato bianco)

Aggiungo entrambe le provette HCl diluito 2M

Provetta 1) BaSO₄ —> Ba²⁺ + SO₄^2- INSOLUBILE (s)
Provetta 2) BaCO₃ —> Ba²⁺ + CO₃^2- (s)
CO₃^2- + H₂O —> HCO₃^- + H₂O
HCO₃^- + H₂O —> H₂CO₃ + H₂O
H₂CO₃ —> CO₂ (effervescenza) + H₂O

Esercitazione 2

Prove in bianco

Prove conoscendo il contenuto del campione che voglio analizzare. Riconoscimento degli anioni, più in particolare degli alogenuri:

• Cloruri, bromuri, ioduri hanno reattività simile
• Fluoruro ha reattività totalmente diversa dagli altri

Bromuri, cloruri e ioduri formano sali poco solubili di argento (Ag⁺), mercurio (Hg⁺) e piombo (Pb²⁺). Si può sfruttare la formazione di questi sali poco solubili per riconoscerli. Alcuni anioni possono interferire tra di loro, quindi è importante minimizzare le interferenze tra gli anioni (possono dare saggi simili).

Riconoscimento: Cloruri

Se si vuole riconoscere il cloruro si può eseguire la sua precipitazione come cloruro di argento (AgCl) utilizzando come reattivo il nitrato di argento. Il cloruro di argento è poco solubile, infatti la Ks è 2.8x10^-10.

—> Uso una soluzione di nitrato di argento per riconoscere il cloruro. AgCl infatti è poco solubile, ha una colorazione tendente al bianco e ha un aspetto caseoso cioè forma grumi. AgCl è insolubile in acqua, ma è solubile in diluita NH₃. Se aggiungo ammoniaca ad AgCl, l’argento reagisce con l’ammoniaca dando un complesso stabile, il [Ag(NH₃)₂]⁺ che compete con il processo di precipitazione di AgCl.

Procedimenti di precipitazione e solubilizzazione

1. Precipitazione come cloruro di argento: Cl^- + Ag⁺ —> AgCl (precipitato caseoso).
2. Solubilizzazione di AgCl con ammoniaca diluita: Ag⁺ + 2NH₃ —> [Ag(NH₃)₂]⁺ ; AgCl + 2NH₃ —> [Ag(NH₃)₂]⁺ Cl^-.

Procedimento

• Provetta da centrifuga: Devo riconoscere un precipitato quindi uso una.
• Aggiungo alla provetta una minima quantità di sale da analizzare: metto una punta di spatola.
• Aggiungo acqua deionizzata, un paio di ml litri (riempio il fondo della provetta per un paio di cm).
• Agito bene e sciolgo il sale, se necessario a bagno maria. Se rimane parte del sale non sciolto, non posso capire se è un nuovo precipitato o se è il sale che non ho sciolto all’inizio!
• Prima di fare qualsiasi saggio di riconoscimento devo solubilizzare il campione.
• Aggiungo acido nitrico (HNO₃) diluito, si trova nel regentario comune. Devo avere una soluzione con pH=0 (cartina rossa) quindi se non si è sicuri della quantità di liquido aggiunto, misuro il pH per verificare se è 0 oppure no; se non lo è aggiungo altro acido nitrico.
• Aggiungo alcune gocce di nitrato di argento (AgNO₃) e agito bene. Si forma un precipitado di aspetto piano caseoso.
• Procedo alla separazione di fase per verificare la solubilità del precipitato in ammoniaca diluita.
• Eseguo la centrifugazione e ottengo la separazione di fase. Tolgo con la pipetta Pasteur la fase liquida.
• Lavo il precipitato: dopo aver eliminato la fase liquida, aggiungo l’acqua e mescolo con l’agitatore dopodiché lo metto in centrifuga. Fare il lavaggio per 2 volte.
• Aggiungo ammoniaca diluita in base al precipitato che ho (aggiungo ammoniaca fin quando il sale non si scioglie cioè fino a quando AgCl non sarà solubilizzato).

Riconoscimento: Bromuri

Se si vuole riconoscere il bromuro si può seguire la sua precipitazione come bromuro di argento (AgBr) che è più insolubile del cloruro di argento. Ks= 5.0 x 10^-13. Il bromuro di argento, AgBr, è di colore giallo pallido caseoso, non bianco come AgCl. Il bromuro di argento è solubile in ammoniaca, ma non basta ammoniaca diluita come per il cloruro di argento, quindi utilizzo ammoniaca NON 2M, ma 8M.

—> Cloruro e bromuro fanno lo stesso saggio, ma il cloruro è bianco e solubile in ammoniaca diluita e il bromuro, è giallo e solubile in ammoniaca concentrata.

Reazioni

• AgBr —> Ag⁺ + Br^-
• Ag⁺ + 2NH₃ —> [Ag(NH₃)₂]⁺
• AgBr + 2NH₃ —> [Ag(NH₃)₂] (s)

Saggi possibili

• Ossidazione con acqua di cloro: ossido bromuro (2Br^-) a bromo (Br₂) con il cloro (Cl₂). Il bromo, che è il prodotto, è rosso/arancione. Se si utilizza troppo cloro però potrei ossidare il bromo - a bromo +1 dando BrCl che è incolore.
• Ossidazione con ipoclorito: ossido il bromuro (2Br^-) usando l’ipoclorito (ClO^-). Ossido il bromuro a bromo - senza andare a bromo +.

Precipitazione come bromuro di argento e dissoluzione di AgBr con NH₃ concentrata.

Procedimento con nitrato di argento

La precipitazione del bromuro con il nitrato di argento è uguale a quella con il cloro.

Procedimento

• Essendo un riconoscimento di sali, utilizzo una provetta da centrifuga.
• Preparo una soluzione acquosa del sale: aggiungo una punta di spatola di sale all’interno della provetta e poi 1/2 ml di acqua deionizzata.
• Acidifico aggiungendo acido nitrico (HNO₃) diluito. Devo avere una soluzione a pH=0 quindi controllo pH, se non è acido aggiungo altro acido.
• Aggiungo alcune gocce di nitrato di argento (AgNO₃) e agito bene. Si forma un precipitato di AgBr giallo chiaro caseoso perché precipita e forma un precipitato.
• Centrifugo per avere la separazione di fase.
• Lavo il precipitato con acqua deionizzata: dopo aver eliminato la fase liquida, aggiungo l’acqua deionizzata, mescolo con l’agitatore dopodiché lo metto in centrifuga. Fare il lavaggio per 2 volte.
• Aggiungo NH₃ diluita: AgBr NON si scioglie.
• Aggiungo NH₃ concentrata: AgBr SI scioglie.

Procedimento con acqua di cloro

• Preparare una soluzione acquosa con sale: utilizzo una provetta normale, sciolgo il sale in 2mL di acqua, se necessario scaldo.
• Acidificare con acido solforico (H₂SO₄) diluito e agito bene.
• Aggiungere alcune gocce di cloroformio o di cloruro di metilene (CHCl₃): tutti i solventi clorurati sono più densi dell’acqua quindi formano un sistema bifasico dove sopra c’è l’acqua e sotto il solvente clorurato: entrambi le fasi devono essere liquide e limpide. Tale solvente che aggiungo NON è il reattivo, ma serve solo a evidenziare meglio la colorazione del reattivo.
• Aggiungere alcune gocce di acqua di cloro (Cl₂), cioè il.
• Agito molto bene: La fase organica si disperde finemente in quella acquosa in modo tale da ottenere al meglio il bromo disciolto nel solvente organico. Il bromo non si scioglie in acqua perché è lipofilo, ma nella fase organica.
• Il solvente organico in presenza di bromuri si colora di arancione.

2Br^- + Cl₂ —> 2Cl^- + Br₂ (bruno/arancione)

2Br₂ + Cl₂ —> 2BrCl (incolore)

Procedimento con ipoclorito

Stesso procedimento dell’acqua di cloro, ma aggiungo ipoclorito di sodio, NaCl invece di Cl₂.