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. Gli studenti acquisiranno anche le seguenti conoscenze: determinazioni quantitative volumetriche e gravimetriche, le procedure standard di analisi (SOP- standard operation procedure), il trattamento statistico e i test di significatività per la valutazione finale del dato analitico. 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. The student also acquired the following knowledge: quantitative volumetric and gravimetric determinations, the standard procedures of analysis (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 numeriche sugli argomenti svolti ed esercitazioni pratiche di laboratorio.

Teaching Methods

Lectures supplemented by numerical exercises on the arguments and laboratory practices.

Prerequisiti

Gli studenti devono avere frequentato e superato il corso di "Chimica Generale e Inorganica” e “Esercitazioni di Chimica Generale e Inorganica"

Prerequisites

Students must attend and pass the final examination of the course "General and Inorganic Chemistry” and “ Numerical test 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 una prova scritta e un colloquio orale sia sui contenuti teorici del corso di Chimica Analitica che sulla parte di laboratorio. Nella prova scritta lo studente deve risolvere 3 esercizi riguardanti il corso d'aula, rispondere ad una sezione con risposta vero/falso, deve svolgere una sezione riguardante domande sull'attività 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 a test and an interview on Analytical Chemistry theoretical course content and laboratory practice.

Programma del Corso

Il metodo in Chimica Analitica. Equilibrio Chimico ed Energia Libera (2h): Costante di equilibrio. Forza ionica e coefficienti di attività. Buone pratiche di laboratorio. Dispositivi di sicurezza. Conoscenza e lavaggio della vetreria. (1 h LF in lab) Equilibri acido-base (5+1 h): dissociazione dell'acqua; acidi e basi forti; acidi e basi deboli monoprotici e poliprotici; miscele di acidi o di basi; Soluzioni tampone e potere tampone. Idrolisi. Anfoliti. Diagrammi di distribuzione. Titolazioni acidimetriche ed alcalimetriche; indicatori acido base e loro scelta; punto di arresto; condizioni di titolabilità. Determinazione dell’alcalinità dell’acqua di mare (1 h LF). La pesata con una bilancia analitica, calibrazione e prova pratica; utilizzo della stufa; preparazione della buretta; standardizzazione di NaOH e HCl. (12 h LAB). Cenni di statistica per la validazione del dato analitico (3 h). Trattazione statistica di misure replicate: media e deviazione standard; intervalli di fiducia; test di significatività, cifre significative. Propagazione degli errori: errori casuali e sistematici. Affidabilità dei metodi di analisi: accuratezza, precisione, sensibilità, riproducibilità e specificità. Equilibri Redox (2 h): Equazione di Nernst. Potenziali elettrodici ed effetti. Calcolo della costante di equilibri e del potenziale al punto equivalente. Effetto del pH. Curve di titolazione redox; scelta dell’indicatore; condizioni di titolabilità. Principali metodi redox. Determinazione dei volumi di ossigeno in un campione commerciale di acqua ossigenata tramite permanganometria; determinazione del cloro attivo in un campione commerciale di candeggina tramite Iodometria; Preparazione di indicatori redox (1 h LF+8 h LAB). Equilibri di precipitazione (3 h): Prodotto di solubilità. Solubilità e precipitazione. Effetti sulla solubilità (temperatura, forza ionica, ione a comune, pH e potenziale redox). Curve di titolazione, indicatori. Metodi Argentometrici (1 h LF). Determinazione del contenuto di cloruro in un campione tramite i tre metodi argentometrici; (8 h LAB) Equilibri di complessazione (4 h): Tipi di complessi. Idrolisi dei metalli. Effetto della forza ionica sulla formazione di complessi e sull’idrolisi. Calcolo delle costanti di formazione. Equilibri di complessazione: funzioni di formazione e di distribuzione. Costanti condizionali. Titolazioni complessometriche: curve di titolazione; indicatori metallocromici. Condizioni di titolabilità. Uso dell’EDTA nelle determinazioni complessometriche (1 h LF). Determinazione della durezza totale, calcica e magnesiaca di un campione di acqua, (12 h LAB) I principi dell’analisi gravimetrica (2 h teoria): teoria della precipitazione; fattori che influenzano la solubilità di un precipitato. Precipitazione in fase omogenea. Determinazione del ferro in un campione solido (1 h LF). Solubilizzazione, saggi qualitativi, precipitazione per variazione del pH, digestione, filtrazione, essiccamento e calcinazione di un precipitato, uso della muffola, tecniche per portare un recipiente a peso costante (8 h LAB). Solventi non acquosi (1 h): effetto livellante dei solventi non acquosi; esempi di titolazioni; equilibri di ripartizione tra fasi (1h). Metodi di estrazione. Esercitazioni numeriche (24 h) sulla trattazione unificata di tutti gli equilibri (4h per blocco).

Course Syllabus

The method in Analytical Chemistry (1 h). Chemical equilibrium and free energy (2h): equilibrium constants. Ionic strength and activity coefficients. Good laboratory practices. Safety devices. Knowledge and washing of glassware. (1 h LF in the laboratory). Acid-base equilibria (5 h): dissociation of water; strong acids and strong bases. Weak monoprotic and polyprotic acids or bases; mixtures of acids or bases; buffer solutions and buffer capacity. Hydrolysis. Ampholytes. Distribution diagrams. Acidimetric and alkalimetric titrations; indicators and their choice; titration conditions and errors; end points; titration conditions and error theory. Determination of the total alkalinity of sea water (1 h LF). Weighing with an analytical balance, calibration and practical test; use of the stove; preparation and dilution of a solution; burette preparation; standardization of HCl and NaOH; preparation of indicators (12 h LAB) Statistic tools for analytical data validation (3 h). Statistical treatment of replicated measurements: mean and standard deviation; data distribution; confidence intervals; significance test, significant digits. Propagation of errors: random and systematic errors. Reliability of analytical methods: accuracy, precision, sensitivity, reproducibility and specificity. Redox equilibria (2 h): Nernst equation. Electrode potentials and effects. Calculation of the equilibrium constant and the potential value at the equivalent point. Effect of pH. Redox titrations; choice of the indicator; titration conditions. Principal redox methods (1 h LF). Determination of oxygen volumes in a commercial sample of hydrogen peroxide using permanganometry. Determination of active chlorine in a commercial sample of bleach by iodometry. Preparation of redox indicators (8 h LAB). Solubility and Precipitation equilibria (3 h): Solubility product. Solubility and precipitation. Effects on solubility: temperature, ionic strength, common ion effect, pH, complexation, redox potential. Titration curves, indicators. Argentometric methods (Mohr, Volhard and Fajans) (1 h LF). Determination of the chloride content in a sample using the three argentometric methods; preparation of precipitation indicators. (8 h LAB) Complexation equilibria (4 h): Types of complexes. Hydrolysis of metal ions. Effect of ionic strength on the formation of complexes and on hydrolysis. Conditional constants. Complexation equilibria: formation and distribution functions; effects of the complexation on the solubility. Complexometric titrations; metallochromic indicators. Titration conditions. Use of EDTA in complexometric determinations (1 h LF). Determination of the total, calcium and magnesium hardness of a water sample, preparation of a buffer solution (12 h LAB) The principles of gravimetric analysis (2 h theory): precipitation theory; factors that influence the solubility of a precipitate. Precipitation in homogeneous phase. Determination of iron in a solid sample (1 h LF), solubilization, qualitative assays, precipitation by pH change, digestion, filtration, drying and calcination of a precipitate, use of the muffle, techniques to bring a container at constant weight, gravimetric iron dosing (8 h LAB). Non-aqueous solvents (1 h): leveling effect of non-aqueous solvents; examples of titrations; distribution equilibrium between phases (1h). Extraction methods. Numerical exercises (44 h) on the unified treatment of all equilibria, 4 h per block.