Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire: (i) la preparazione teorica e le abilità di “problem solving” relative alla termodinamica delle soluzioni ed in particolare agli equilibri in soluzione di elettroliti, anche in sistemi multifase; (ii) le competenze riguardanti gli aspetti teorici e sperimentali delle metodologie classiche dell’analisi chimica (metodi volumetrici e gravimetrici); (iii) le competenze riguardanti i calcoli di speciazione in presenza di equilibri multipli. Queste conoscenze sono propedeutiche per la comprensione dei metodi della chimica analitica classici e strumentali trattati nei corsi successivi.

Learning Goals

The course aims to provide: (i) the knowledge and skills of "problem solving" on solution thermodynamics and in particular the electrolytes solution equilibria, even in multiphase systems, (ii) the skills concerning the theoretical and experimental aspects of chemical analysis of classical methods (volumetric and gravimetric methods) (iii) skills on the calculation of speciation in the presence of multiple equilibria. This knowledge is a prerequisite for the understanding of classical and instrumental methods in analytical chemistry for the next courses. The student also acquired the following knowledge: quantitative volumetric and gravimetric determinations, the standard procedures of analysis, the understanding and development of a SOP (standard operation procedure), the statistical data treatment and significance tests for the final evaluation of analytical data. These are prerequisites for the understanding of classic an instrumental analytical chemistry methods required by subsequent courses.

Metodi didattici

Lezioni in aula , integrate da esercitazioni sugli argomenti svolti ed esercitazioni pratiche di laboratorio.

Teaching Methods

Lectures supplemented by exercises on the arguments and laboratory practices.

Prerequisiti

Gli studenti devono avere frequentato e superato il corso di "CHIMICA GENERALE E INORGANICA e LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE E INORGANICA"

Prerequisites

Students must attend and pass the final examination of the course of "General and Inorganic Chemistry and Laboratory of General and Inorganic Chemistry"

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede la valutazione dei risultati ottenuti nelle singole prove di laboratorio. L’esame finale per l’acquisizione di 11 CFU avverrà tramite colloquio orale sui contenuti teorici del corso di Chimica Analitica e sulla parte di laboratorio.

Assessment

The course includes the evaluation of the results obtained in each laboratory tests. The final examination for the acquisition of 11 credits will be done through interview on Analytical Chemistry theoretical course content and laboratory practice.

Programma del Corso

Equilibrio Chimico ed Energia Libera (6h): Costante di equilibrio. Coefficienti di attività. Il metodo in Chimica Analitica (2 h): Equilibri acido-base (10 h): dissociazione dell'acqua; acidi forti e deboli monoprotici e poliprotici; miscele di acidi; Soluzioni tampone e potere tampone. Idrolisi. Anfoliti. Forza ionica e coefficienti di attività. Diagrammi di distribuzione. Esercitazioni numeriche. Titolazioni acidimetriche ed alcalimetriche (3 h): curve di titolazione; indicatori e loro scelta; condizioni di titolabilità ed errore. Laboratorio (3 h teoria): sostanze madri, metodi di analisi. Esperienze di Laboratorio (16 h): Standardizzazione di acidi e basi ed applicazioni dei metodi su matrici reali. Equilibri Redox (3 h): Equazione di Nernst. Potenziali elettrodici ed effetti. Titolazioni di ossidoriduzione (3 h):curve di titolazione redox; scelta dell’indicatore (redox o “specifico”); condizioni di titolabilità ed errori; soluzioni standard; (permanganometria, ossidimetria con bicromato, cerimetria, iodimetria e iodometria, bromometria). Laboratorio (2 h teoria): esempi ed applicazioni in laboratorio di metodi ufficiali di analisi su matrici reali. Esperienze di laboratorio (9 h): permanganometria e iodometria, applicazioni su matrici reali. Equilibri di complessazione (4 h): Tipi di complessi. Idrolisi dei metalli. Effetto della forza ionica sulla formazione di complessi e nella idrolisi. Calcolo delle costanti di formazione. Equilibri di complessazione: funzioni di formazione e di distribuzione; effetti della complessazione sulla solubilizzazione dei precipitati. Costanti condizionali. Esercitazioni numeriche Titolazioni complessometriche (3 h): equilibri di complessazione e costanti condizionali; EDTA;curve di titolazione chelometriche; indicatori metallocromici, condizioni di titolabilità ed errori; soluzioni standard. Laboratorio (1 h teoria): metodi ufficiali di analisi su matrici reali. Esperienze di laboratorio (4 h): titolazioni complessometriche con EDTA. Equilibri di precipitazione (3 h): Prodotto di solubilità. Solubilità e precipitazione. Solubilità in funzione della superficie. Solubilità ed acidità. Solubilità e formazione di complessi. Effetto della temperatura, della forza ionica sulla solubilità; effetto dello ione a comune; effetto del pH sulla solubilità di sali di acidi e basi deboli. Esercitazioni numeriche Titolazioni di precipitazione (3 h): curve di titolazione, indicatori, Argentometria: metodi di Mohr, Volhard e Fajans . Laboratorio (1 h teoria): applicazioni in laboratorio di metodi ufficiali di analisi su matrici reali. Esperienze di laboratorio (5 h): determinazione di alogenuri. I principi dell’analisi gravimetrica (1 h teoria): teoria della precipitazione; fattori che influenzano la solubilità di un precipitato; lavaggio; digestione; essiccamento; calcinazione. Precipitazione in fase omogenea. Calcoli ed errori nell’analisi gravimetrica. Esempi ed applicazioni in laboratorio (6 h): determinazione del ferro in un campione reale. Cenni di statistica e validazione del dato analitico (3 h). Trattazione statistica di misure replicate: media e deviazione standard; distribuzione dei dati; t - Student; intervalli di fiducia; cifre significative. Propagazione degli errori: errori casuali e sistematici. Affidabilità dei metodi di analisi: accuratezza, precisione, sensibilità, riproducibilità e specificità. Solventi non acquosi (2 h): effetto livellante dei solventi non acquosi; esempi di titolazioni; equilibri di ripartizione tra fasi. Trattazione unificata di tutti gli equilibri (1 h) I metodi non strumentali dell'analisi chimica. Metodi di estrazione (2h)

Course Syllabus

Chemical equilibrium and Free Energy (6h): Equilibrium constants. Activity coefficients. The method in analytical chemistry (2 h): Acid-base equilibria (10 h): dissociation of water; weak and strong monoprotic and polyprotic acids; acid mixtures; buffer solutions and buffer capacity. Hydrolysis. Ampholythes. Ionic strength and activity coefficients. Distribution diagrams. Numerical exercises. Acidimetric and alkalimetric titrations (3 h): titration curves; indicators and their choice; titrations and error conditions. Laboratory (3 h theory): primary standards, methods of analysis. Laboratory experiments (16 h): Standardization of acids and bases and applications of the methods on real matrices. Redox equilibria (3 h): Nernst equation. Electrode potentials and effects. Redox titrations (3 h): redox titration curves; Indicator choice (redox or "specific"); titration conditions and errors; standard solutions; (permanganometry, dichrometry, cerimetry, Iodimetry and iodometry, bromometry). Laboratory (2 h theory): examples and applications in the laboratory of standard methods of analysis on real matrices. Laboratory experiments (9 h): Permanganometry and iodometry, applications on real matrices. Complexation equilibria (4 h): Types of complexes. Hydrolysis of the metals. Effect of ionic strength on the formation of complexes and hydrolysis. Distribution diagrams; effects of complexation on dissolution of the precipitates. Conditional constants. Numerical exercises Complexometric titrations (3 h): conditional complexation constants; EDTA titration curves chelometry; metallochromic indicators, titration and errors; standard solutions. Laboratory (1 h theory): standard methods of analysis on real matrices. Laboratory experiments (4 h): complexometric titration with EDTA. Solubility equilibria (3 h): Solubility product. Solubility and precipitation. Solubility and acidity. Solubility and complex formation. Effect of temperature, ionic strength on solubility; common-ion effect; effect of pH on the solubility of salts of weak acids and bases. Numerical exercises Precipitation titration (3 h): titration curves, indicators, argentometric methods: Mohr, Volhard and Fajans. Laboratory (1 h theory): applications in laboratory of standard methods of analysis of real matrices. Laboratory experiments (5 h): determination of halides. The principles of gravimetric analysis (1 hour theory): the theory of precipitation; Factors influencing the solubility of a precipitate; washing; digestion; drying; calcination. Precipitation in homogeneous phase. Calculations and errors in gravimetric analysis. Examples and applications in the laboratory (6 h): determination of iron in a real sample. Outline of statistics and validation of analytical data (3 h). Statistical treatment of replicate measurements: mean and standard deviation; data distribution; t - Student; confidence intervals; significant digits. Propagation of errors: random and systematic errors. Method validation parameters: accuracy, precision, sensitivity, specificity and reproducibility. Non-aqueous solvents (2 h): leveling effect of non-aqueous solvents; examples of titrations; distribution equilibria between phases. Unified treatment of all equilibria (1 h) Extraction methods (2h)