Analisi chimico-farmaceutica qualitativa

“NON DARE MAI DA BERE ALL’ACIDO”

OBIETTIVO → Fornire gli strumenti sia teorici che pratici necessari per lo sviluppo di

un'analisi qualitativa sia inorganica che organica in un campione incognito.

SOSTANZE NOCIVE

Tutte le sostanze chimiche sono potenzialmente nocive e tossiche, ma lo diventano in

pratica solo se usate in maniera scorretta.

È indispensabile eseguire sotto cappa aspirante tutte le operazioni più pericolose (ad

esempio trattamento con H S, tioacetamide, ebollizione con acidi e basi concentrati) durante

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le quali si ha sviluppo di vapori corrosivi e tossici.

L’ acido solfidrico H S è un gas molto velenoso (è tossico quanto l’acido cianidrico),

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concentrato provoca la morte all'istante. Avendo un odore particolarmente disgustoso, si

avverte anche quando è presente nell'aria a concentrazioni bassissime (0,1 ppm). È

pericoloso soprattutto per polmoni e occhi.

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LE PROPRIETÀ PERIODICHE

Le proprietà periodiche ci fanno capire la reattività degli elementi, e per capire,

semplicemente guardando la tavola periodica, la natura dei legami che i diversi elementi

possono formare. eff

Carica nucleare efficace ( Z )

1.​ → Se noi prendiamo l’atomo di H, il quale è formato

da un unico protone e un unico elettrone; quindi, la carica nucleare che risentirà

l’elettrone sarà uguale al numero atomico.

Quando si hanno elementi poli-elettronici, gli elettroni si vanno a collocare sugli

orbitali più distanti dal nucleo.

Gli elettroni più distanti dal nucleo risentiranno di una carica efficace minore perché

schermano la forza attrattiva esercitata dai

gli elettroni sugli orbitali più interni

protoni.

Quindi la carica nucleare efficace è la forza attrattiva, esercitata dal nucleo, nei

confronti degli elettroni di valenza e che ha un determinato andamento periodico

lungo i periodi e lungo i gruppi.

-​ Scorrendo nel periodo l’effetto schermo sarà minore, questo perché aumenta il

numero di elettroni nel guscio di valenza, e quindi la carica nucleare efficace

aumenta.

-​ Scendendo nel gruppo l’effetto schermo aumenta, perché la configurazione

eff

elettronica rimane costante, è la Z che resta approssimativamente costante.

2.​ Raggio atomico → Meyer, per risalire alle dimensioni atomiche, riportò in un

diagramma i valori dei volumi atomici (PA/densità) in funzione del numero atomico e

notò una variazione periodica di questa grandezza.

Ma il volume atomico così calcolato fornisce solo un'indicazione qualitativa delle

dimensioni atomiche. Infatti la densità di un elemento dipende dalla temperatura e

il carbonio) che può esistere

dalla sua struttura cristallina, per cui un elemento (es.

sotto diverse forme cristalline (es. diamante e grafite), dovrebbe presentare,

paradossalmente, valori diversi delle sue dimensioni a seconda della forma in cui

cristallizza.

Ad oggi sappiamo che gli atomi non hanno margini definiti ma con opportune

diffrazione dei raggi X, è possibile misurare i raggi atomici.

tecniche, come la

Il raggio atomico viene definito come la metà della distanza fra i nuclei di una

molecola formata da due atomi identici.

Questo parametro varia periodicamente

all'aumentare del numero atomico, infatti, lungo

periodo aumentano gli elettroni, che

il

appartengono a uno stesso livello energetico,

questo porta ad una maggiore attrazione tra il

nucleo e gli elettroni con la conseguente

diminuzione del raggio atomico.

Lungo il gruppo, invece, gli elettroni vanno ad

occupare l’orbitale sempre più distante. Essi

risentiranno sempre meno dell’attrazione

nucleare, sia per la distanza sia per l’aumentare

dell'effetto schermante degli elettroni interni.

Pertanto il raggio atomico aumenta.

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I fattori che influenzano il raggio atomico sono due:

-​ il numero quantico principale, che aumenta scendendo lungo il gruppo,

-​ gli elettroni interni, che schermano la carica positiva del nucleo.

3.​ L’energia di ionizzazione → è l’energia necessaria per rimuovere un elettrone da

un atomo isolato allo stato gassoso. Il processo di ionizzazione è un processo

endotermico.

Gli elementi che richiedono il minor uso di energia nel abbandonare un elettrone

sono gli elementi del primo gruppo, i quali sono spesso più stabili alla loro forma

ionica (es. Na+ più stabile di

Na).

Possono essere allontanati

anche più elettroni, avendo

di prima

un'energia

ionizzazione e energia

successivamente un

di seconda ionizzazione.

L’energia di seconda

ionizzazione dovrà essere

maggiore rispetto alla prima

poiché con la perdita di un

elettrone aumentano le forze

attrattive.

Lungo i periodi, avendo l'aumento del numero di

elettroni, se uno di essi viene allontanato si avrà un

aumento della forza attrattiva del nucleo. Se poi noi

vogliamo andare ad allontanare un altro elettrone

dovremmo usare maggiore energia per farlo, perché

maggiori le forze attrattive. Quindi lungo il periodo

l’energia di ionizzazione aumenta.

Lungo i gruppi, avendo l’allontanamento degli elettroni

dal nucleo grazie all'aumento del numero quantico

principale, essi subiranno meno la forza attrattiva del

nucleo e quindi servirà minore energia per separarli. Quindi l’energia di ionizzazione

diminuisce.

Da questo ne deriva un grafico che vede

sulle vette i gas nobili, i quali hanno livelli

alti di energia di ionizzazione perché loro

sono stabili così come sono, e vede sulle

valli i metalli alcalini, poiché cedono

facilmente i loro elettroni quindi livelli di

energia minore.

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Gli elementi di transizione nel sesto periodo presentano una particolarità, hanno

un energia di ionizzazione notevolmente alta. Gli elementi che hanno questo

comportamento fanno parte degli lantanidi, in cui gli elettroni vanno ad occupare

prima l’orbitale 4f e poi gli orbitali 5d, e questo provoca una maggiore forza attrattiva

con il nucleo e quindi ad un energia di ionizzazione elevata.

4.​ Affinità elettronica → Se l’atomo cattura uno o più elettroni si trasforma in ione

negativo (anione) e, nel farlo, libera una certa quantità di energia.

L’energia liberata quando l’atomo isolato in fase gassosa cattura un elettrone è detta

affinità elettronica, e costituisce una misura della tendenza di un atomo a formare

ioni negativi.

Più questo numero è elevato in senso negativo, più acquista elettroni.

Un esempio sono il fluoro e l’ossigeno che

formano ioni negativi così da arrivare ad una

configurazione elettronica di otto.

-​ aumenta lungo un periodo,

-​ diminuisce lungo un gruppo.

5.​ L’elettronegatività → è la grandezza più adatta a descrivere il comportamento di un

atomo quando interagisce con un altro.

L’elettronegatività di un elemento misura la tendenza di un atomo ad attrarre a sé gli

elettroni coinvolti in un legame. Infatti quando due atomi formano un legame, si

scambiano e condividono elettroni, e l'elettronegatività ci permetterà di prevedere se

questi elettroni saranno equidistanti dai due nuclei o, invece, più o meno spostati

verso uno dei due.

Non è possibile calcolare matematicamente questo valore, per questo esistono

diverse scale di elettronegatività ma noi consideriamo solo quella di Pauling.

-​ Lungo il periodo aumenta, perché si ha un

aumento della carica positiva e una diminuzione

del raggio, e tutto questo provoca una maggiore

forza attrattiva da parte del nucleo.

-​ Lungo il gruppo diminuisce, perchè

allontanandosi dal nucleo gli elettroni nel guscio

di valenza, ovvero quelli usati durante il legame,

risentono poco della forza attrattiva del nucleo.

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6.​ Carattere metallico → grazie alla divisione delle tavola periodica sappiamo che il

carattere metallico diminuisce da sinistra a destra, andando da metalli, a semimetalli,

a non metalli.

-​ metalli: hanno bassi valori di energia di ionizzazione e valori leggermente

negativi o positivi di affinità elettronica

-​ non metalli: hanno elevati valori di energia di ionizzazione e valori molto

negativi di affinità elettronica

-​ semimetalli o metalloidi: hanno valori intermedi di energia di ionizzazione e di

affinità elettronica.

ANALISI CHIMICA

L’analisi chimica è la disciplina che si occupa di scomporre miscugli e composti nei loro

componenti fondamentali e di riconoscerli, arrivando in molti casi anche a quantificarli. Si

tratta di una branca fondamentale della chimica, perché permette non solo di identificare la

natura delle sostanze, ma anche di stabilire con precisione le loro quantità relative. Proprio

per questo trova applicazioni in numerosi settori: dall’agricoltura, dove è utile per controllare

la composizione del suolo e dei fertilizzanti, al campo alimentare, dove consente di verificare

la presenza di nutrienti o di contaminanti; dall’ecologia, dove viene utilizzata per monitorare

la qualità dell’aria e dell’acqua, fino all’ambito sanitario, dove risulta indispensabile per le

analisi cliniche e farmaceutiche.

Le metodiche di analisi chimica possono essere suddivise in diversi approcci a seconda

dello scopo e della natura del campione.

Un primo criterio di classificazione distingue:

L’analisi qualitativa → si concentra sull’identificazione della composizione chimica

➢​ di un campione, sia esso solido, liquido o gassoso. Il suo obiettivo è stabilire quali

elementi, radicali o composti siano presenti, senza necessariamente fornire

informazioni sulla loro quantità. È quindi una forma di analisi descrittiva, che ci dice

cosa c’è in un campione.

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L’analisi quantitativa → non si limita all’identificazione, ma si spinge oltre

➢​ determinando anche le quantità dei vari componenti. Permette dunque di stabilire i

rapporti quantitativi tra i costituenti e di fornire una misura precisa della loro

concentrazione. In questo caso, la domanda a cui si risponde è quanto ce n’è.

Un’ulteriore distinzione riguarda la natura delle sostanze studiate. L’analisi inorganica si

occupa prevalentemente di composti ionici, solubili in acqua, e si concentra sul

riconoscimento e sulla separazione di cationi e anioni, ma anche di sostanze covalenti

insolubili. L’analisi organica, invece, è orientata allo studio delle molecole organiche, cioè

dei composti del carbonio, e ha come scopo la separazione e il riconoscimento di queste

molecole.

L’analisi chimica può essere condotta attraverso due grandi categorie di metodi:

I metodi fisici = non implicano lo svolgimento di reazioni chimiche, ma sfruttano le

➔​ proprietà fisiche delle sostanze. In genere si tratta di metodi strumentali, come la

spettroscopia, la cromatografia o la spettrometria di massa, che permettono di

ottenere informazioni dettagliate sulla composizione e sulla struttura molecolare.

I metodi chimici = si basano sull’impiego di una reazione chimica che coinvolge il

➔​ costituente da determinare. In questo caso è fondamentale che il reattivo scelto sia

specifico e che la reazione sia selettiva, cioè che avvenga soltanto con il

componente di interesse. I metodi chimici comprendono tecniche classiche come le

titolazioni, le precipitazioni o le reazioni di ossidoriduzione, ancora oggi ampiamente

utilizzate soprattutto in laboratorio didattico e in molte analisi di routine.

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ANALISI QUALITATIVA INORGANICA

L’analisi qualitativa inorganica è l’insieme delle tecniche che permettono di riconoscere la

presenza di specifici ioni o elementi all’interno di un campione. Essa si può condurre

seguendo due approcci principali:

1.​ Analisi per via secca → In questo metodo il campione viene studiato senza

l’impiego di un solvente, e il riconoscimento degli elementi si basa sul loro

comportamento quando vengono sottoposti a riscaldamento o a particolari reazioni

allo stato solido.

Alcuni dei saggi più comuni sono:

-​ Analisi di emissione (saggio alla fiamma) = molti cationi, se introdotti in una

fiamma, emettono una luce caratteristica dovuta all’eccitazione e successivo

ritorno a livelli energetici più bassi degli elettroni. Questo consente di

identificare rapidamente elementi come sodio, potassio, rame, calcio e altri.

-​ Reazioni allo stato fuso (saggio alla perla) = il campione viene fuso insieme

a un fondente (come il borace) su un filamento di platino, formando una perla

che, a seconda degli ioni presenti, assume colorazioni caratteristiche.

-​ Saggi al tubicino = consiste nel riscaldare il campione in piccoli tubicini di

vetro, osservandone il comportamento. Il saggio può essere condotto senza

aggiunta di reagenti, osservando fenomeni come fusione, sublimazione o

formazione di residui, oppure con reagenti che favoriscono reazioni

specifiche, rivelando così la natura del campione.

2.​ Analisi per via umida → Questo metodo si basa invece sullo studio delle reazioni

degli ioni in soluzione acquosa. Dopo aver solubilizzato il campione, si analizza il

comportamento delle specie presenti osservando la formazione di precipitati,

variazioni di colore o la stabilità degli equilibri chimici.

Il riconoscimento degli ioni si fonda sulla possibilità di instaurare e spostare equilibri

esempio, in soluzione acquosa, un sale si dissocia secondo lo schema:

ionici. Ad + −

⇔ +

Da questo equilibrio si possono attuare diverse strategie per identificare gli ioni:

-​ Variazioni di pH = l’aggiunta di acidi o basi modifica l’equilibrio e può favorire

la precipitazione o solubilizzazione di determinati ioni.

-​ Formazione di complessi = alcuni ioni metallici reagiscono con ligandi (come

NH₃ o EDTA) formando complessi solubili, che ne impediscono la

precipitazione e ne facilitano il riconoscimento.

-​ Reazioni redox = molti ioni possono cambiare stato di ossidazione in

presenza di opportuni ossidanti o riducenti, mostrando colorazioni

caratteristiche.

-​ Idrolisi = alcuni sali, soprattutto quelli di metalli con carica elevata, possono

subire idrolisi, producendo soluzioni acide o basiche che aiutano nella loro

identificazione.

-​ Effetto dello ione comune = l’aggiunta di uno ione già presente nell’equilibrio

provoca lo spostamento dell’equilibrio stesso, favorendo la precipitazione o la

dissoluzione del sale, e fornendo ulteriori indicazioni sulla natura degli ioni.

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LIMITE DI RIVELABILITÀ

Nell’ambito dell’analisi chimica è importante introdurre il concetto di limite di rivelabilità,

cioè la concentrazione minima di una specie che può essere effettivamente rilevata in

soluzione. Al di sotto di questa soglia, la presenza dello ione non viene considerata

significativa, come se non esistesse.

Convenzionalmente, nell’analisi sistematica dei cationi e degli anioni, si considera che le

concentrazioni inferiori a 10⁻⁵ M non siano rilevabili, mentre la concentrazione tipica alla

quale si lavora varia tra 10⁻² M (massima) e 10⁻⁵ M (minima). Questo intervallo rappresenta il

campo operativo entro cui è possibile condurre con affidabilità i saggi analitici.

Reazione: processo chimico che porta alla formazione di nuove sostanze.

➢​ Reagente: la sostanza utilizzata per far avvenire la reazione.

➢​ Prodotto: la sostanza che si ottiene dalla reazione tra i reagenti.

➢​

Nell’analisi sistematica si parla di reazioni specifiche, ossia reazioni che permettono di

identificare un determinato ione anche in presenza di molti altri. In pratica, un saggio è

specifico quando risponde solo allo ione cercato, senza interferenze. Tuttavia, spesso non è

possibile avere una selettività assoluta: per questo motivo è necessario procedere

eliminando gradualmente gli ioni interferenti attraverso una sequenza ordinata di

separazioni.

L’esito di una prova analitica può essere:

-​ Positivo, quando si verifica il risultato atteso (formazione o dissoluzione di un

precipitato, variazione di colore, sviluppo di gas o odore caratteristico);

-​ Negativo, quando non si osservano i fenomeni attesi.

SOLUZIONI E PRECIPITAZIONE

Una soluzione limpida è una soluzione omogenea e priva di torbidità, mentre una soluzione

incolore è priva di colore visibile. Quando si forma un precipitato, la soluzione passa da

limpida ed omogenea a torbida ed eterogenea: questa variazione visiva rappresenta un

chiaro segnale di reazione avvenuta.

In caso di dubbi, è possibile ricorrere a due tipi di prove:

Prova in bianco = si ripete il saggio senza la sostanza incognita, utilizzando solo i

➔​ reagenti. Deve dare esito negativo; serve per escludere che il risultato osservato sia

dovuto a impurità nei reagenti stessi.

Prova di controllo = si esegue la stessa reazione su una quantità nota dello ione

➔​ ricercato, usando gli stessi reagenti. Deve dare esito positivo; serve come confronto

diretto per verificare la validità del saggio.

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FASI DI UN PROCESSO ANALITICO

Un’analisi qualitativa non si esaurisce nell’osservazione di un singolo fenomeno, ma richiede

un percorso ben definito, che si può schematizzare in tre fasi principali:

1.​ Preparazione del campione → il campione deve essere reso omogeneo e pronto

per l’analisi. Questo significa che se si parte da una miscela, occorre ridurre

eventuali cristalli di diversa forma e dimensione, in modo da ottenere un materiale