Introduzione alla chimica analitica: definizione, metodi e applicazioni
La chimica analitica rappresenta una branca fondamentale della chimica, focalizzata sull’identificazione e sulla quantificazione delle sostanze presenti in un campione. Questa disciplina è di vitale importanza per ottenere informazioni precise sulla composizione chimica di una sostanza o di un sistema.
La chimica analitica comprende sia metodi classici, come l’analisi gravimetrica e l’analisi volumetrica, sia metodi strumentali. L’analisi gravimetrica si basa sulla trasformazione di una sostanza in un composto insolubile, che viene separato tramite filtrazione, essiccato e pesato. Successivamente, attraverso calcoli stechiometrici, è possibile determinare la quantità dell’elemento presente nel campione. D’altra parte, l’analisi volumetrica coinvolge la misurazione del volume di una soluzione di concentrazione nota che reagisce stecchiometricamente con la sostanza in esame. Questa operazione, comunemente conosciuta come titolazione, è spesso agevolata dall’uso di indicatori che cambiano colore al raggiungimento dell’equivalenza stechiometrica.
La chimica analitica trova applicazione in svariati settori scientifici e industriali, inclusi la chimica ambientale, la medicina, l’industria alimentare e la ricerca farmaceutica. È indispensabile per la scoperta di nuovi farmaci, l’analisi di campioni biologici e la valutazione dell’inquinamento ambientale.
La tecnica di analisi volumetrica
L’analisi volumetrica è una tecnica di laboratorio utilizzata per determinare la concentrazione di una sostanza incognita in una soluzione. Ci sono diverse tecniche di analisi volumetrica, ognuna basata su un principio specifico, tra cui l’acidimetria, alcalimetria, l’ossidimetria, la volumetria per precipitazione e la complessometria.
Esercizi di analisi volumetrica
Per comprendere meglio l’analisi volumetrica, sono utili esercizi pratici come la titolazione acido forte-base forte e il calcolo del pH di una soluzione. Questi esempi consentono di applicare le tecniche di analisi volumetrica alla risoluzione di problemi reali.
Il calcolo della concentrazione di acido etanoico conoscendo la quantità di soluzione.
La concentrazione di una soluzione può essere calcolata conoscendo la quantità di acido etanoico presente nella stessa. Presupponiamo di avere 0,0250 L di acido etanoico con una concentrazione di 0,100 M. Moltiplicando il volume per la concentrazione, otteniamo 0,00250 moli di acido etanoico.
Se prendiamo in considerazione una soluzione di NaOH con un volume di 0,0200 L e una concentrazione di 0,100 M, moltiplicando il volume per la concentrazione, otteniamo 0,00200 moli di NaOH. Dopo aver determinato le moli di acido in eccesso sottraendo le moli di NaOH da quelle di acido etanoico, possiamo calcolare la concentrazione di HCl dividendo le moli di acido in eccesso per il volume totale della soluzione: 0,00050 moli / 0,0450 L = 0,0110 M di HCl.
Il calcolo del pH di una soluzione ottenuta dalla miscelazione di acido etanoico e NaOH può essere fatto utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch. I calcoli si basano sulle moli di acido e di base, consentendo di determinare con precisione il pH della soluzione ottenuta dalla miscelazione delle due sostanze.
In conclusione, la chimica analitica riveste un ruolo essenziale nella determinazione qualitativa e quantitativa delle sostanze, offrendo strumenti precisi per ottenere informazioni dettagliate sulla composizione chimica di una sostanza. La disciplina contribuisce al progresso scientifico e tecnologico in diversi settori, svolgendo un ruolo critico nella ricerca e nello sviluppo industriale.Calcolo della concentrazione di una soluzione tramite una titolazione acido-base
Il calcolo della concentrazione di una soluzione può essere effettuato tramite una titolazione acido-base. Prendiamo ad esempio il calcolo della concentrazione di una soluzione di acido etanoico dopo la titolazione con una soluzione di idrossido di sodio.
La concentrazione dell’acido etanoico può essere calcolata dividendo le moli per il volume della soluzione, come mostrato nell’equazione:
Concentrazione acido etanoico = 0,00150 / 0,0250 L = 0,0600 M
Successivamente, mescoliamo 25,0 mL di acido etanoico 0,100 M con 5,0 mL di NaOH 0,100 M e calcoliamo le moli di acido e di NaOH utilizzando le seguenti formule:
Moli acido = 0,0250 L x 0,100 M = 0,00250
Moli NaOH = 0,0050 L x 0,100 M = 0,00050
Dopo aver calcolato le moli di acido e di NaOH, possiamo determinare le moli di acido in eccesso e la concentrazione dell’acido e dell’etanoato. Infine, utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, è possibile calcolare il pH della soluzione risultante.
Titolazione tra acido forte e base debole
In un altro esempio di titolazione acido-base, consideriamo il calcolo della concentrazione di una soluzione di NH3 dopo la titolazione con una soluzione di HCl. Il procedimento di calcolo coinvolge la determinazione delle moli di HCl e NH3 e la successiva conseguente concentrazione di NH3.
Una volta determinata la concentrazione della soluzione di NH3 dopo la titolazione con HCl, è possibile anche calcolare il pH della soluzione ottenuta mescolando HCl e NH3. Il pH dipende dalle quantità di H+ e NH4+ presenti.
Per entrambi i casi considerati, è possibile calcolare il pH della soluzione risultante, tenendo conto delle quantità e delle concentrazioni dei reagenti utilizzati.