CHIMICA ANALITICA I E LABORATORIO M - Z

12 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

GIUSEPPE ARENA - MODULO 1 - CHIM/01 - 6 CFU
GIUSEPPA GRASSO - MODULO 2 - CHIM/01 - 6 CFU

Obiettivi formativi

MODULO 1
Mettere gli studenti in grado di acquisire familiarità con problematiche relative ad equilibri in soluzione (acido-base, precipitazione, complessazione, ossido-riduzione).

I concetti acquisiti nel corso di questo modulo verrano successivamente applicati durante il modulo dedicato al Laboratorio.
MODULO 2
Fornire allo studente gli strumenti necessari per l'applicazione delle nozioni acquisite nel Modulo I.

Lo studente durante il corso di laboratorio dovrà affrontare alcuni problemi analitici (analisi volumetrica, gravimetrica, complessometrica e di ossido-riduzione) mettendo in pratica le nozioni acquisite nel Modulo I e nelle lezioni frontali che precedono l'ingresso in laboratorio.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

MODULO 1
Lezioni frontali accompagnate dall'analisi di esercizi numerici. Gli esercizi numerici vengono presentati dal docente e talvolta, su richiesta degli studenti, dagli stessi studenti.
MODULO 2
Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.

Prerequisiti richiesti

MODULO 1
Conoscenza di elementi di base di Chimica Generale e di calcolo stechiometrico.

Si richiedono anche delle conoscenze di base di Fisica (unità di misura) e Matematica (equazioni di primo e secondo grado, elementi di geometria analitica, familiarità con l’uso dei logaritmi)
MODULO 2
Conoscenza di elementi di base di Chimica Generale e di calcolo stechiometrico.

Familiarità con le problematiche relative agli equilibri in soluzione con particolare riferimento a equilibri acido-base, di precipitazione, di complessazione e di ossido-riduzione.

Frequenza lezioni

MODULO 1
La frequenza sia delle lezioni frontali che di Laboratorio viene ritenuta indispensabile. Nel corso delle lezioni frontali vengono presentati (e svolti) problemi della stessa tipologia e dello stesso livello di difficoltà di quelli presentati in sede di prova scritta
MODULO 2
La frequenza sia delle lezioni frontali che di Laboratorio viene ritenuta indispensabile. Nel corso del modulo di Laboratorio, vengono effettuate le medesime esperienze che saranno oggetto delle prove su campioni incogniti.

La frequenza del laboratorio è bisettimanale ed obbligatoria.

Contenuti del corso

MODULO 1
Finalità del Corso. Classificazione dei metodi di analisi. Richiami sui concetti di g-mole e g-equivalente, molarità e normalità, concentrazione P/P e P/V, densità. Esempi numerici.

Equilibri in soluzione. Principi generali. Energia di Gibbs e costante di equilibrio. Fattori che influenzano la costante di equilibrio; temperatura, solvente, forza ionica. Attivita' e coefficiente di attivita'. Legge di Debye-Huckel. Esempi numerici. Equilibri acido-base. Forza degli acidi. Equazioni di bilancio di massa, di carica e protonico. Definizione rigorosa del pH. Calcolo del pH di acidi forti: equazione rigorosa ed equazioni approssimate. Criterio di approssimazione. Esempi numerici. Acidi e basi deboli. Calcolo del pH: equazione rigorosa ed equazioni approssimate. Esempi numerici. Indicatori. mono- e bi-colori: equazioni rigorose. Esempi numerici.

Acidi poliprotici e basi poliacide; trattazione rigorosa ed equazioni approssimate. Miscele di acidi. Anfoliti. Diagrammi di distribuzione. Curve di titolazione. Acido forte-base forte, acido debole-base forte, acidi poliprotici.Esempi numerici. Soluzioni tampone. Potere tamponante: trattazione rigorosa. Esempi numerici.

Equilibri di precipitazione. Solubilita' e prodotto di solubilita'. Fattori che influenzano la solubilita' degli elettroliti: temperatura, solvente e forza ionica. Effetto dello ione a comune, del pH e della formazione di complessi. Titolazioni di precipitazione. Errore al punto di arresto: trattazione rigorosa. Esempi numerici.

Equilibri di complessazione. Grado di formazione. Effetti del pH sugli equilibri di complessazione. Costante condizionale. Scelta delle condizioni operative. Indicatori metallocromici. Titolazioni complessometriche. Esempi numerici.

Cenni di trattamento dati. Gli errori sperimentali. Errori sistematici ed accidentali. Precisione ed accuratezza. Campionamento. Descrizione del campione. Parametri di posizione e di dispersione. Distribuzione binomiale, distribuzione di Poisson, distribuzione normale. Normale ridotta. Principali test (Test di Student, F-test, test del χ², test di Dixon). Cifre significative. Propagazione degli errori. Esempi numerici.

A questo modulo vengono dedicate mediamente 48 ore mentre al secondo modulo vengono dedicate 72 ore circa; a queste vanno aggiunte le ore di esercitazioni fatte su richiesta degli studenti e al di fuori del periodo delle lezioni.

N.B. Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili
MODULO 2
Laboratorio. Scelta del metodo analitico. Strumenti di misura, precisione, sensibilità. Presentazione dei risultati.

Analisi gravimetrica. Analisi per precipitazione. Formazione di precipitati. Determinazione gravimetrica del nichel mediante dimetilgliossima.

Generalità sulle titolazioni. Preparazione delle soluzioni standard. Standard primari. Procedure di standardizzazione.

Titolazioni acido base. Impiego di Na₂B₄O₇.10H₂O in determinazione acidimetriche e alcalimetriche. Determinazione del titolo di acidi comunemente impiegati in laboratorio.

Titolazioni di precipitazione. Argentimetria. Determinazione dei cloruri secondo le metodiche di Mohr e di Fajans. Separazione carbonati/cloruri.

Titolazioni complessometriche. Titolazioni con EDTA. Determinazione del Cu²⁺.

Titolazioni redox. Permanganometria. Determinazione del ferro e del perossido d’idrogeno. Iodometria. Determinazione del Cu²⁺.

Testi di riferimento

MODULO 1
1. Kolthoff, Sandell, Meehan e Bruckenstein - Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2, Piccin Editore.

2. E. De Simoni - Chimica Analitica, CUL (Bologna).

3. Skoog & West - Chimica Analitica. S.E.S.

4. D. H. Harris - Chimica Analitica quantitativa, Zanichelli.

5. Freiser e Fernando - Gli equilibri ionici della Chimica Analitica. Piccin Editore.

6. J. N. Butler - Ionic Equilibrium: Solubility and pH Calculations, Wiley
MODULO 2
I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova.

Vogel - Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2, J. H. Jeffery, J. Bassett, J. Mendham, R. C. Denney Editori, CEA

Altro materiale didattico

MODULO 1
Tutti il lucidi/diapositive vengono messi a disposizione degli Studenti. Gli Studenti hanno anche accesso a un congruo numero dei problemi che costituiranno oggetto della prova scritta
MODULO 2
Slides delle lezioni fornite dal docente.

Programmazione del corso

MODULO 1
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Equilibri acido-base	Freiser, Kolthoff e a Butler. Lucidi delle lezioni
2	Equilibri di precipitazione	Kolthoff , Freiser. Lucidi delle lezioni
3	Equilibri di complessazione	Kolthoff , Harris, Freiser. Lucidi delle lezioni
4	Equilibri redox	Skoog&West, Harris, Kolthoff, Lucidi delle lezioni
5	Trattamento dati	De Simoni, Lucidi delle lezioni
MODULO 2
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Scelta del metodo analitico. Strumenti di misura, precisione, sensibilità. Presentazione dei risultati. Analisi gravimetrica. Analisi per precipitazione. Formazione di precipitati. Determinazione gravimetrica del nichel mediante dimetilgliossima.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.
2	Generalità sulle titolazioni. Preparazione delle soluzioni standard. Standard primari. Procedure di standardizzazione. Titolazioni acido base. Impiego di Na2B4O7.10H2O in determinazione acidimetriche e alcalimetriche. Determinazione del titolo di acidi comunemente utilizzati in laboratorio.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.
3	Titolazioni di precipitazione. Argentimetria. Determinazione dei cloruri secondo le metodiche di Mohr e di Fajans. Separazione carbonati/cloruri.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.
4	Titolazioni complessometriche. Titolazioni con EDTA. Determinazione del Cu2+.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.
5	Titolazioni redox. Permanganometria. Determinazione del ferro e del perossido d’idrogeno.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.
6	Iodometria. Determinazione del Cu2+.	I. M. Kolthoff, E. B. Sandell, E. J. Meehan e S. Bruckenstein: Analisi Chimica Quantitativa. Vol. 1 e Vol. 2 - Piccin Nuova Libraria, Padova. Diapositive delle lezioni.

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

MODULO 1
L'esame prevede due momenti

1. Una prova scritta

2. Una prova orale

La prova orale può essere sostenuta solo una volta superata la prova scritta
MODULO 2
L'esame prevede due momenti

1. Prove pratiche in itinere su ogni singolo argomento

2. Una prova orale vertente sulle esercitazioni di laboratorio e riguardante anche la discussione delle prove in itinere.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

MODULO 1
1. Equazione rigorosa per il calcolo del pH di un acido e successive approssimazioni
2. Permanganometria. Principi generali e applicazioni
3. Argentometria. Determinazione dei cloruri con il metodo di Mohr
4. Intervallo di confidenza
5. Determinazione del rame per via complessometrica
6. 100.1 ml di NaOH 0.12 M vengono aggiunti a 100.0 ml di HAc 0.12 M. Calcolare il pH. (K_a= 1.8x10^-5)
7. Calcolare la concentrazione delle specie presenti in una soluzione di H₃PO₄ 0.0100 M (pK_a1= 2.15, pK_a2= 7.20, pK_a3= 12.40)
8. Calcolare la percentuale di cloruro che rimane in soluzione quando incomincia a precipitare il cromato di argento in seguito all’aggiunta di nitrato di argento ad una soluzione la cui concentrazione sia in cloruro che in cromato è pari a 0.0050 M (pK_sAgCl= 9.64; pK_sAg2CrO4=11.29)
9. Usando acetato sodico ed acido acetico preparare un tampone avente un pH iniziale di 5.20 ed il cui pH non vari per più di 0.05 unità per l’aggiunta di 0.5ml di HCl 0.100 M a 100 ml del tampone (pK_a = 4.74)
10. Una ditta produttrice di lampade per sistemi spettroscopici dichiara che la durata media di una lampada è di 1600 ore con una imprecisione di ±120 ore. Estraendo un campione di 100 lampade si calcola una durata media di 1570 ore. Stabilire se l’affermazione del produttore è corretta con un livello di significatività del 5% stabilendo, come ipotesi alternativa, che la durata media sia inferiore a quella dichiarata.
MODULO 2
- 1. Modalità di impiego di una sostanza madre.
  2. Descrizione della determinazione del titolo di un acido.
  3. Descrizione della determinazione dei cloruri con il metodo di Mohr.
  4. Descrizione della determinazione dei cloruri con il metodo di Fajans.
  5. Descrizione della determinazione del rame per via complessometrica.
  6. Descrizione della determinazione dei cloruri e dei carbonati.
  7. Descrizione della determinazione del calcio con EDTA e calcolo del pH minimo operativo.
  8. Descrizione della determinazione del nichel per via gravimetrica.

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