Processi laboratorio chimica farmaceutica

Procedura di riscaldamento a bagno maria

Si riscalda per circa 5 minuti a bagno Maria. Avremo delle piastre riscaldanti sopra le quali poniamo un becher con dell’acqua che verrà riscaldata e all’interno di quest’acqua porremmo la nostra provetta da centrifuga contenente la soluzione da precipitare. Durante il riscaldamento avremo una precipitazione completa di tutti i cationi del primo gruppo.

Raffreddamento e centrifugazione

Dopo aver riscaldato, togliamo la provetta dal bagno Maria e raffreddiamo mettendo la provetta sotto l’acqua fredda che scorre dal rubinetto, stando attenti a non far entrare acqua. Poi si centrifuga e dopo la centrifuga vedremo che nella nostra provetta avremo sul fondo il precipitato bianco contenente i cationi del primo gruppo e la soluzione rimane limpida.

Separazione della soluzione dal precipitato

Per separare la soluzione dal precipitato si utilizza una pipetta e si pipetta la soluzione sovrastante che dovrebbe contenere i cationi del 2°, 3°, 4° o 5° gruppo. Si getta via, siccome stiamo valutando solo quelli del 1° gruppo. Quindi abbiamo questo precipitato che può contenere varie cose.

Lavaggio del precipitato

L'operazione del lavaggio si fa sempre per ottenere una buona precipitazione. Come si effettua? Innanzitutto, si effettua per ripulire il precipitato da eventuali ioni estranei che sono, per esempio, co-precipitati con il cloruro di piombo, d’argento ecc. Per effettuare questo lavaggio si prepara in una provettina l’acqua di lavaggio: si mette un po’ di acqua distillata, qualche goccia di HCl e si mescola. Avremo così quest’acqua acidulata che rappresenta l’acqua di lavaggio. Nella provettina che contiene il nostro precipitato si aggiunge qualche goccia del nostro precipitato, si mescola bene e si centrifuga. Dopo la centrifugazione avremo nella provettina il precipitato lavato e nella soluzione, eventualmente, quegli ioni estranei che sono co-precipitati che dobbiamo eliminare. Per effettuare un buon lavaggio del precipitato questo passaggio si effettua 2-3 volte.

Trattamento con acqua bollente

A questo punto abbiamo il precipitato lavato, le acque di lavaggio si buttano e il residuo si tratta con acqua bollente agitando con una bacchetta di vetro e riscaldando. Ossia, ci prepariamo in un’altra provetta dell’acqua distillata calda e prendiamo qualche pipettata di quest’acqua bollente e la mettiamo nel nostro precipitato lavato agitando con una bacchetta di vetro. Questa procedura serve a solubilizzare il cloruro di piombo, la cui solubilità aumenta all’aumentare della temperatura.

Centrifugazione e separazione

Si centrifuga la miscela ancora calda. Si pipetta la soluzione ancora calda. Nella soluzione è contenuto lo ione Pb2+, mentre nel precipitato rimane invece AgCl e Hg₂Cl₂. Per essere sicuri di aver solubilizzato tutto il cloruro di piombo con l’acqua calda è bene ripetere questa operazione per almeno 2 volte, unendo le soluzioni ottenute. Abbiamo effettuato così la prima separazione selettiva, in quanto nella soluzione abbiamo separato lo ione Pb2+, mentre nel residuo è rimasto AgCl e Hg₂Cl₂.

Saggi di riconoscimento

Avremo quindi una soluzione limpida che potrebbe contenere lo ione Pb2+ e un residuo bianco che può contenere AgCl e Hg₂Cl₂. Per capire se c’è il piombo, dopo la separazione dobbiamo effettuare i saggi di riconoscimento, ovvero la cosiddetta ricerca dei cationi.

Ricerca dello ione Pb2+

Come si effettua la ricerca dello ione Pb2+? Si sfruttano delle reazioni caratteristiche che i vari cationi dei vari gruppi danno con i vari reagenti. Nel caso dello ione Pb2+ si fanno 2 saggi suddividendo la soluzione in esame in 2 parti e si eseguono delle reazioni di riconoscimento o in provetta o su delle piastre di porcellana.

Primo saggio di riconoscimento

Il primo saggio di riconoscimento prevede l’utilizzo del cromato di potassio K₂CrO₄. In particolare, si aggiunge alla soluzione che potrebbe contenere Pb2+ un po’ di acetato di sodio che serve a tamponare l’ambiente portandolo a pH 5. Per verificare che il pH sia proprio 5, ci sarà dato un pezzettino di cartina tornasole, il cui colore varia e a 5 avremo una colorazione arancione. A questa soluzione tamponata a pH 5 si aggiunge qualche goccia di cromato di potassio. Lo ione Pb2+ reagisce con lo ione Cr₄^2- per dare un precipitato giallo PbCrO₄. La presenza di un precipitato giallo ci fa dedurre che è presente il piombo in quanto esso precipita come cromato PbCrO₄.

Secondo saggio di riconoscimento

Per essere certi che ci sia veramente piombo si possono fare tanti altri saggi. Per esempio, si può utilizzare come reattivo caratteristico lo ioduro di potassio KI. Lo ione Pb2+ eventualmente presente reagisce con lo ioduro per dare un sale giallo/oro che conferma la presenza del Pb che ha formato il sale PbI₂. Il cromato di Pb è un giallo più sull’aranciato, mentre lo ioduro di Pb ha un colore giallo/oro. Quindi se entrambi i saggi di riconoscimento sono andati bene, possiamo dire che nella nostra soluzione incognita abbiamo Pb2+.

Ricerca dell'argento

Il residuo può essere costituito da cloruro d’Ag e cloruro mercuroso. Si lava con acqua bollente per allontanare tutto il Pb, quindi utilizziamo l’acqua bollente che avevamo già preparato prima, l’aggiungiamo di nuovo sul precipitato, mescoliamo bene, centrifughiamo, e buttiamo via la soluzione che eventualmente potrebbe contenere ancora tracce di Pb2+ che non dobbiamo portarci dietro.

Trattamento con idrossido d’ammonio

Dopo che abbiamo lavato nuovamente il precipitato, dobbiamo aggiungere una decina di gocce di idrossido d’ammonio NH₄OH concentrato. Si agita con la bacchetta. L’idrossido permette di effettuare un’altra separazione selettiva: riusciamo a separare i due sali per la formazione del complesso argento diammino. Il cloruro di argento infatti forma complessi stabili e solubili, tra questi c’è il diammino argento.

Formazione del diammino argento

Nella soluzione in effetti si forma [Ag(NH₃)₂]+Cl-. Quindi noi centrifughiamo e nella soluzione avremo il diammino Ag, mentre nel residuo abbiamo Hg + HgNH₂Cl. Il cloruro mercuroso in presenza di ammoniaca subisce reazione di dismutazione o disproporzione, cioè il mercurio I si riduce e si ossida contemporaneamente ad opera dell’ammoniaca. Infatti, il mercurio I si riduce a mercurio metallico di colore nero e contemporaneamente si ossida il mercurio II di colore bianco. Noi vedremo un residuo nero poiché il nero sovrasta il bianco.

Conferma della presenza di argento

Ora andiamo a valutare la soluzione per confermare la presenza dell’argento. Nella soluzione abbiamo il diamminoargento e siccome la soluzione è incolore dobbiamo cercare di ottenere dei sali o soluzioni colorate caratteristiche dello ione argento. Pertanto, si divide anche in questo caso la soluzione in più parti, si utilizza una piastra di porcellana o una pipetta da centrifuga e si aggiunge qualche goccia di acido nitrico HNO₃ diluito.

Precipitazione del cloruro d’argento

La presenza degli ioni H⁺ derivanti dell’acido forte fa sì che l’equilibrio di complessazione si sposti verso sinistra poiché l’ammoniaca viene riprotonata ad opera degli ioni H+ che stiamo aggiungendo con l’acido nitrico, pertanto si ha la riprecipitazione del cloruro d’argento sotto forma di precipitato bianco. La formazione di un precipitato bianco denota la presenza di Ag⁺.

Saggio dello ioduro di argento

Un ulteriore saggio per l’argento prevede la formazione dello ioduro di argento, anch’esso di colore giallo. In questo caso, su una piastra di porcellana o su un’altra provetta si aggiunge qualche goccia di KI. In questo caso si ottiene un precipitato di colore giallo che conferma la presenza dell’Ag in quanto lo ioduro d’argento è di colore giallo. Il saggio con lo ioduro per l’Ag e per il Pb è lo stesso. Quello che un po’ differenzia i due precipitati è il colore. In quanto lo ioduro di piombo è giallo-oro, mentre lo ioduro d’argento è giallo paglierino, meno brillante.

Trattamento del residuo contenente mercurio

Nel residuo invece abbiamo Hg + HgNH₂Cl. Per sciogliere questo residuo che contiene un metallo pesante, dobbiamo attaccarlo in maniera forte, in particolare mediante l’acqua regia (acido nitrico + HCl). Si tratta il precipitato con 10 gocce di acqua regia, in una particolare capsula di porcellana che permette di resistere alle alte temperature, e si effettua un’evaporazione dell’acqua regia stessa. Quindi poniamo questa capsula sulla fiamma.

Reazioni di riconoscimento del mercurio II

Avremo quindi in questa capsula, dopo evaporazione, un residuo attaccato alle pareti che si riprende a freddo con l’acido nitrico diluito e si effettuano le reazioni di riconoscimento del mercurio II. Lo precipitiamo con mercurio I ma lo riconosciamo come mercurio II. Le reazioni di riconoscimento del mercurio II prevedono l’utilizzo dello ione OH^-, infatti si aggiunge nella capsula qualche goccia di NaOH 2N in quanto il mercurio II con l’OH^- dà luogo a un precipitato giallo che denota la presenza dell’ossido mercurico HgO.

Saggio con una laminetta di rame

Un ulteriore saggio prevede l’utilizzo di una laminetta di rame. Nella nostra soluzione contenente il mercurio aggiungiamo questa laminetta di rame e si forma un amalgama lucente, si ha una reazione redox che denota la presenza dello ione Hg²⁺.

Riassunto del procedimento

• La solubilità aumenta moltissimo all’aumentare della temperatura. Quindi lo solubilizzeremo utilizzando acqua calda. La soluzione ottenuta permette poi il riconoscimento del Pb attraverso dei saggi caratteristici.
• Perché il cromato di piombo è solubile sia in alcali che in acidi forti? Lo ione Pb2+ è uno ione anfotero e in presenza di ioni OH- dà luogo ai piombiti. Gli ioni OH- vanno, grazie all’anfoterismo del Pb, a formare i piombiti solubili, portando in soluzione tutto il cromato di piombo. L’aggiunta di acidi permette la solubilizzazione anche del cromato di piombo in quanto lo ione cromato reagisce con gli ioni H+ per dare lo ione bicromato + acqua, da cui la caratteristica colorazione arancione.
• Un po’ più solubile rispetto al cromato di piombo. Lo ioduro di Pb è solubile in alcali (perché il Pb è anfotero, quindi in presenza di ioni OH- la reazione è quella di prima) e in eccesso di ioduro alcalini (perché può formare sia il complesso piombo tetraioduro PbI₄^2- o anche il complesso PbI₃^-, entrambi solubili).
• Questa è la solubilità del cloruro d’argento e di piombo in acqua in funzione della temperatura. Il cloruro di piombo a 100°C è totalmente solubilizzato, cosa che non avviene invece per il cloruro d’argento.
• Grazie al trattamento con idrossido d’ammonio concentrato, il cloruro d’argento reagisce con l’idrossido di ammonio per dare il complesso solubile [Ag(NH₃)₂]+Cl- + H₂O, mentre il mercurio I dismuta.
• Per il riconoscimento dell’argento utilizziamo 2 saggi, quindi la soluzione contenente diammino argento viene trattata con a) acido nitrico, si ha la precipitazione di un sale bianco che è il cloruro d’argento; b) con ioduro di potassio.
• I colori delle reazioni sono importanti. Abbiamo diversi attacchi in base al sale che dobbiamo solubilizzare. Nel caso in cui dobbiamo sciogliere il mercurio metallico dobbiamo utilizzare un attacco misto utilizzando l’acqua regia.
• Sfruttiamo un doppio attacco: complessante e ossidante insieme dell’acqua regia. In particolare, sfruttiamo l’azione acida dell’acido nitrico per sciogliere il cloramiduro mercurido. Quindi, per solubilizzare il cloramiduro mercurido sfruttiamo solo l’azione acida dell’acido cloridrico presente.
• Per solubilizzare invece il mercurio metallico, essendo proprio un metallo, dobbiamo utilizzare non solo l’azione acida dell’HCl ma anche l’azione ossidante dell’acido nitrico. Inoltre, l’HCl oltre ad avere un’azione acida ha un’azione complessante in quanto l’acido cloridrico e il mercurio danno luogo al complesso stabile e solubile HgCl₄^2- (tetracloromercurio 2). L’acido nitrico si riduce a NO e contemporaneamente ossida il cloruro metallico a mercurio II.
• Per riconoscere il mercurio utilizziamo 2 saggi: con NaOH o rame metallico (reazione redox).

Vetreria utilizzata

Sono le pipette che utilizzeremo per separare la soluzione dal precipitato dopo la centrifugazione. Quando faremo il bagno Maria riempiremo il becher di acqua e lo porremo sopra la piastra riscaldante e all’interno del becher metteremo le provette a riscaldare per favorire una buona precipitazione. Serve per effettuare l’evaporazione. Si attacca il gas, esce la fiamma su cui poniamo i nostri crogioli di porcellana ed effettuiamo l’evaporazione o la calcinazione che ci permette di eliminare ad alte temperature i liquidi presenti. C’è un tappo per chiuderli. Sono le provette da centrifuga, perché solo le provette aventi questo fondo conico possono essere po.