Analisi dei medicinali 1 - parte 2 di 5

Analisi dei medicinali 1

Lezione n. 9

Parliamo del metodo di Volhard, che come vi avevo annunciato è quello più utilizzato, nonostante è un metodo di titolazione indiretta e quindi, come tutti i metodi di titolazione indiretta, può dare più errori perché ci sono, per esempio, l’aggiunta della soluzione standard di nitrato d’argento in eccesso e poi la procedura di titolazione e quindi, per esempio, due letture di buretta per ciascuno, quindi quattro letture di buretta che possono dare errori.

Comunque è quello più utilizzabile e quindi utilizzabile per qualsiasi analita che dia dei precipitati insolubili con nitrato d’argento. L’unico analita che non si può determinare con il metodo di Volhard sono gli ioni cianuro perché il metodo di Volhard viene condotto in ambiente fortemente acido per acido nitrico, pH inferiore a 2 e quindi per questi valori di pH non si possono titolare gli ioni cianuro, perché?

Cosa succede agli ioni cianuro in presenza di protoni? Si forma acido cianidrico che è un gas velenoso e quindi il metodo di Volhard non si può usare per determinare i cianuri. Si possono titolare tutti quegli anioni capaci di formare dei precipitati insolubili con gli ioni argento e soprattutto quegli analiti che non sono solubili in ambiente neutro. Abbiamo quindi già visto limitazioni e metodo di Mohr. Invece in ambiente acido sono solubili e quindi possono essere titolati.

È un metodo indiretto quindi una soluzione standard di ioni argento viene aggiunta alla soluzione in un eccesso esattamente noto e misurato, ossia se ne misura esattamente il volume con la buretta, è una soluzione standard e quindi si conosce la concentrazione. Gli ioni argento reagiranno con gli ioni dell’analita per formare un precipitato insolubile e in soluzione rimarrà un eccesso di ioni argento che non ha reagito con l’analita.

L’eccesso di ioni argento viene retrotitolato con una soluzione standard di tiocianato d’ammonio o tiocianato di potassio e si viene a formare un precipitato di tiocianato di argento. L’indicatore utilizzato nel metodo di Volhard è il solfato doppio ferrico ammonico che si chiama allume ferrico. Al punto finale, gli ioni ferrici dell’indicatore reagiscono con gli ioni tiocianato per formare il tiocianato ferrico che è un anione complesso di colore rosso mattone.

La colorazione che si ottiene al punto finale nel metodo di Volhard e di Mohr è più o meno la stessa; nel metodo di Volhard abbiamo questa colorazione dovuta alla formazione di questo complesso mentre nel metodo di Mohr è dovuta alla formazione di un precipitato di cromato d’argento che ha colorazione rosso mattone. È fondamentale che il precipitato che si è formato tra analita e ione analito ???, rimanga precipitato e quindi NON reagisca con gli ioni tiocianato altrimenti si commetterebbe un grave errore di titolazione.

Questo è il caso ad esempio degli ioni cloruro: gli ioni cloruro reagiscono con gli ioni argento per andare a formare un precipitato di cloruro d’argento, il cui prodotto di solubilità è pari a 1,82 x 10^-10. Gli ioni tiocianato reagiscono con gli ioni argento in eccesso per formare il tiocianato di argento che ha un prodotto di solubilità inferiore a quello del cloruro d’argento quindi 1,1 x 10^-12, ciò significa che se il precipitato di cloruro d’argento viene separato dalla soluzione quando si va a effettuare l’aggiunta di soluzione standard di tiocianato d’ammonio, il precipitato ritorna in soluzione.

Tornano in soluzione gli ioni cloruro perché si forma il precipitato di tiocianato d’argento che è più insolubile del cloruro d’argento quindi si commette un grave errore di titolazione che significa una aggiunta di 3 o 4 ml in più di soluzione di titolante sempre considerando una soluzione di titolante con concentrazione 0,1 molare e quindi un errore molto consistente. È quindi necessario isolare il precipitato di cloruro d’argento e questo si può fare con diversi sistemi:

• Filtrare il precipitato di cloruro d’argento dalla soluzione, avendo cura di lavarlo accuratamente perché sappiamo che è un precipitato colloidale e che ha adsorbiti sulla sua superficie ioni argento in eccesso che invece non devono rimanere adsorbiti sul precipitato ma devono essere retrotitolati con la soluzione standard di tiocianato.
• Floculare il precipitato di cloruro d’argento, come abbiamo visto prima, riscaldando la soluzione e aggiungendo un agente flocculante costituito da cloruro di potassio in modo tale che si formi un coagulo. Il coagulo non è in grado di ritornare in soluzione all’aggiunta successiva della soluzione standard della soluzione standard di tiocianato.
• Senza fare tutte queste operazioni che sono lunghe e noiose, possiamo andare a isolare il precipitato di cloruro d’argento senza toglierlo dalla soluzione e aggiungendo alla soluzione, che contiene il precipitato di cloruro d’argento, un solvente che è immiscibile con l’acqua che sia in grado di formare all’interfase, tra l’acqua e il solvente immiscibile, una sorta di film protettivo che va a gestire il precipitato di cloruro d’argento che quindi anche se viene aggiunto tiocianato, non può andare in soluzione.

Questi solventi devono avere la caratteristica di essere immiscibili con l’acqua quindi si possono usare solventi come l’etere etilico, nitrobenzene o il dibutil ftalato. Voi utilizzerete il dibutil ftalato perché tra i tre è quello meno pericoloso. L’etere etilico è un solvente organico meno denso dell’acqua e funziona benissimo per questo scopo ma è altamente infiammabile e quindi è meglio non usarlo.

Il nitrobenzene è un solvente organico con densità superiore all’acqua ma è un idrocarburo aromatico, un nitrato e quindi è una sostanza tossica anche per contatto con la pelle. Il dibutil ftalato è un solvente che ha una densità superiore a quella dell’acqua, molto meno denso del nitrobenzene ed è tossico soltanto per ingestione. È un solvente molto utilizzato perché viene aggiunto alle plastiche per renderle più flessibili.

Questo problema del cloruro d’argento non si ha con altri analiti perché per esempio il bromuro d’argento ha una Kps 10^-13 e quindi inferiore a quella del tiocianato di argento, lo ioduro d’argento addirittura dell’ordine di 10^-17 e quindi 5 ordini di grandezza quindi non c’è bisogno di aggiungere il dibutil ftalato o andare a filtrare questi precipitati.

Ambiente acido e acido nitrico

Perché si lavora in ambiente acido? Si lavora a pH inferiore a 2 ottenuto con l’aggiunta di acido nitrico 6 normale e si usa acido nitrico anziché un altro acido perché sono necessarie anche le proprietà ossidanti dell’acido. L’acidità dell’acido nitrico è necessaria perché gli ioni ferrici dell’allume ferrico in acqua si idrolizzano andando a formare l’idrossido ferrico, che ha una colorazione tipo quella della ruggine.

L’allume ferrico è una sostanza pura che non ha caratteristiche di standard primario e che quindi può contenere tracce di ioni ferrosi. Gli ioni ferrosi non sono in grado di formare dei complessi con gli ioni tiocianato quindi l’acido nitrico fa sì che vengano ossidate eventuali tracce di ferro 2 a ferro 3. Quando si titolano degli analiti che hanno proprietà riducenti come ad esempio gli ioni ioduro. Questi ioni sono degli riducenti deboli ma con l’andare del tempo sono in grado di andare a ridurre ioni ferrici a ioni ferrosi e con la formazione di iodio che ha una colorazione marroncina.

Per questo motivo l’acido e l’indicatore allume ferrico vanno aggiunti immediatamente prima di effettuare la retrotitolazione con il tiocianato d’ammonio o di potassio in soluzione standard.

(Siccome alcuni analiti come gli ioni ioduro hanno proprietà riducenti quindi possono andare a ridurre il ferro 3 a ferro 2 che non dà colorazione come il tiocianato, indicatore e acido nitrico vanno aggiunti immediatamente prima di effettuare la retrotitolazione con la soluzione standard di tiocianato d’ammonio e tiocianato di potassio.)

Il metodo di Volhard oltre ad avere una più ampia applicabilità, ha il vantaggio di potere effettuare la determinazione degli alogenuri in ambiente acido, alogenuri che per esempio davano idrolisi acida (bromuri e cloruri) non titolabili con il metodo di Mohr, e poi determinazione di quegli anioni che danno dei sali d’argento che sono solubili in acqua come cromati, fosfati, arseniati, ossalati, carbonati e solfuri. Qui bisogna utilizzare il metodo di Volhard leggermente modificato operando con due sistemi:

• Si effettua la precipitazione di tutti questi analiti con il nitrato d’argento in soluzione standard in ambiente neutro. Il precipitato di cromato d’argento, di arseniato d’argento, di solfuro d’argento e via discorrendo viene filtrato, naturalmente deve essere lavato in modo tale da portare in soluzione ioni argento adsorbiti, anche se questi precipitati al contrario degli alogenuri non sono dei precipitati colloidali e sono più facilmente purificabili e poi sulla soluzione viene retrotitolato per eccesso di ioni argento con soluzione standard di tiocianato.
• Si può fare sempre la precipitazione con nitrato d’argento in eccesso in soluzione neutra, anche qui si filtra ma anziché lavorare sulla soluzione, si lavora sul precipitato che è stato filtrato dalla soluzione e lavato, viene disciolto in acido nitrico in modo da rimandarlo in soluzione e si titolano gli ioni argento che provengono dalla dissoluzione del precipitato.

Il metodo di Volhard può essere utilizzato per la determinazione dei solfuri insolubili in acqua quindi solfuri di piombo, di bismuto, zinco, manganese, nichel, cobalto ecc. Questi solfuri, qui vediamo l’esempio del solfuro di piombo, vengono fatti reagire con un eccesso di soluzione di soluzione standard in nitrato d’argento, si forma il solfuro d’argento che è il solfuro più insolubile di tutti gli altri e questo viene effettuato in soluzione neutra.

Dopo di che anche qui si filtra il solfuro d’argento, lo si lava e sulla soluzione si effettua la retrotitolazione, ovviamente in ambiente acido, con l’allume ferrico ecc. ecc., dell’eccesso di ioni argento con la soluzione standard di ioni tiocianato. Oppure, come nel caso precedente, si può effettuare sempre la precipitazione in soluzione neutra, il precipitato viene filtrato, lo si discioglie sotto cappa in acido nitrico e lo si fa bollire.

Perché sotto cappa? Cosa succede ad un solfuro se ci metto acido nitrico concentrato? Si forma acido solfidrico che è un gas ancora più velenoso dell’acido cianidrico, ecco perché bisogna effettuare la dissoluzione del precipitato sotto cappa, far bollire sotto cappa in modo da eliminare tutto l’acido solfidrico e tutti gli ossidi di azoto che si formano dall’acido nitrico, dopo di ché si fa raffreddare e si titolano ioni argento che derivano dalla solubilizzazione del precipitato di solfuro d’argento in soluzione standard di tiocianato d’ammonio e tiocianato di potassio.

Titolazioni complessometriche e chelometriche

Iniziamo a vedere altre tipologie di titolazioni: le titolazioni complessometriche e chelometriche. Sono anche queste dei metodi volumetrici basati sulla formazione di complessi di coordinazione tra un metallo e un ligando. Un complesso si forma per reazione tra un metallo che può essere un atomo o uno ione metallico in grado di legare molecole o ioni in numero superiore al loro numero di ossidazione.

Questo perché il metallo possiede degli orbitali di tipo d vuoti o semivuoti che possono andare ad ospitare uno o più doppietti elettronici forniti dal ligando che possiede dei doppietti elettronici di non legame. I ligandi a seconda della loro tipologia possono donare uno o più doppietti elettronici. I ligandi che possono donare un solo doppietto elettronico, una sola mole di doppietti elettronici, si chiamano ligandi monodentati e di questi gli esempi sono gli ioni cianuro, il doppietto elettronico è quello dell’anione, l’ammoniaca che possiede un doppietto elettronico di non legame e monossido di carbonio che possiede anch’esso un doppietto elettronico di non legame oppure possono donare i doppietti elettronici.

Ad esempio l’etilendiammina ha due gruppi amminici primari con due doppietti elettronici di non legame, quindi un legame bidentato dentato. Sopra i due doppietti elettronici si parla di ligandi polidentati. Quest’altra ammina si chiama Tren, può donare tre doppietti elettronici e si dice polidentato. Il metallo accetta un determinato numero di doppietti elettronici secondo il suo numero di coordinazione.

Il numero di coordinazione è riportato per ciascun metallo sulla tavola periodica e corrisponde al numero di orbitali d vuoti. Il numero di coordinazione di ciascun metallo è fisso, non può variare ma quello che varia è il numero di ligandi che può coordinare. Se andiamo a considerare il cobalto, ha numero di coordinazione 6 (qui ci sono ioni cobalto ma il cobalto metallico si comporta esattamente alla stessa maniera), ciò significa che ha 6 orbitali d vuoti quindi se facciamo reagire ioni cobalto con un ligando monodentato come l’ammoniaca può coordinare fino a sei molecole di ammoniaca.

Se facciamo reagire lo stesso ione cobalto con l’anione ossalato quindi l’anione dell’acido ossalico che ha invece soltanto due doppietti elettronici, saranno tre il numero massimo di anioni ossalato che uno ione cobalto potrà coordinare. Se facciamo reagire lo stesso ione cobalto con un ligando tridentato come l’ammina che abbiamo visto prima (ha tre doppietti elettronici), quindi ciascuno ione cobalto potrà legare fino a due moli di ammonio o molecole di ammoniaca.

Perché ho detto “fino a”? Perché non è detto che tutti gli orbitali d vengano occupati da doppietti elettronici. Ogni volta che si ha a che fare con ligandi polidentati i complessi che si formano per il loro aspetto si chiamano chelati, ossia un ligando polidentato si comporta come un granchio che con le sue chele va a circondare l’atomo metallico, in qualsiasi complesso il metallo sta al centro ed è circondato dai ligandi o dal ligando.

I complessi possono essere neutri o possono essere carichi positivamente o negativamente; la carica quando è presente è distribuita sempre sugli atomi esterni e mai sull’atomo interno, mai sul metallo anche se il complesso si forma con uno ione metallico, e mai sugli atomi che legano più da vicino il metallo. La carica deriva dalla somma algebrica delle cariche presenti di metallo e ligandi.

Così come la formazione dei precipitati è regolata dalla solubilità o meglio dal prodotto della solubilità, la formazione dei complessi e la loro stabilità è regolata dalla costante di stabilità, in realtà nella maggior parte dei testi non trovate riportata la costante di stabilità ma il suo inverso ossia la costante di instabilità che dà una misura di quanto sia facile che il complesso si dissoci dei suoi componenti quindi in metallo e ligando.

Cosa esprime questa costante di instabilità? Se prendiamo un metallo generico che lega 6 ligandi e ha 3 cariche negative complessive, questo complesso si può dissociare nei suoi componenti. Il metallo con tre cariche negative e 6 moli di ligando potrebbe essere ad esempio il complesso tra ioni cobalto e ammoniaca però teniamo l’esempio generico. Questa dissociazione è regolata dalla costante di equilibrio che si chiama costante di instabilità, come tutte le costanti di equilibrio si scrive prendendo la concentrazione dei prodotti elevata al coefficiente stechiometrico, al numeratore, fratto la concentrazione dei reagenti, in questo caso del complesso.

L’inverso della costante di instabilità è costante di stabilità o costante di formazione del complesso. In realtà quella costante che io vi ho scritto non esiste perché i complessi si formano per stadi e si dissociano per stadi quindi se prendiamo un complesso più semplice: complesso tra ioni di argento e ammoniaca, il numero di coordinazione dell’argento è 2 quindi l’argento può accettare due doppietti elettronici.

Se facciamo reagire gli ioni argento con l’ammoniaca ogni ione argento potrà legare due molecole di ammoniaca o ogni mole di ioni argento può legare due moli di ammoniaca. Il complesso che si forma non si dissocia immediatamente con il solo stadio formando ioni argento e due moli di ammoniaca ma questa dissociazione avviene per stadi quindi nel primo stadio viene persa una mole di ammoniaca e rimane ancora questo complesso con l’argento legato all’ammoniaca e poi questo complesso si dissocia andando a formare una mole di ioni argento e una mole di ammoniaca.

Questi due stadi sono regolati dalle proprie costanti di equilibrio. La prima costante di instabilità 1 che ha il valore di 1,25 x 10^-4 e la seconda costante di equilibrio che ha il valore di 4,8 x 10^-4. Andando a sommare queste due reazioni membro-membro otteniamo la costante di dissociazione complessiva e la costante di instabilità di questa reazione sarà data dal prodotto della prima costante di instabilità per la seconda costante di instabilità, ossia ha un valore che è dato da 6 x 10^-8.

Cosa facciamo di questo valore di costante di instabilità? Così come abbiamo visto un limite per la formazione di precipitati, per la stabilità dei complessi il valore limite è 10^-8, ossia sono stabili quei complessi che hanno valore di costante di instabilità inferiore