Obiettivi Formativi

Fornire le conoscenze di base relative i) agli equilibri chimici in soluzione acquosa; ii) agli aspetti teorici delle metodologie classiche dell’analisi chimica (metodi volumetrici e gravimetrici); iii) al trattamento statistico e ai test di significatività per la valutazione finale del dato analitico. Far conoscere allo studente gli aspetti sperimentali delle metodologie classiche di analisi chimica (metodi volumetrici e gravimetrici).

Learning Goals

To provide basic knowledge relating to i) chemical equilibria in aqueous solution; ii) the theoretical aspects of the classical methodologies of chemical analysis (volumetric and gravimetric methods); iii) statistical treatment and significance tests for the final evaluation of the analytical data. To introduce students to the experimental aspects of classical chemical analysis methodologies (volumetric and gravimetric methods).

Metodi didattici

Per il modulo A (Chimica Analitica): Lezioni in aula ed esercitazioni numeriche. Per il modulo B (Laboratorio di Chimica Analitica): Lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio.

Teaching Methods

For the leg A (Analytical Chemistry): Lectures and numerical exercises. For the leg B (Laboratory of Analytical Chemistry): Lectures and laboratory experiments.

Prerequisiti

Lo studente deve avere nozioni di chimica generale, la frequenza contemporanea o precedente del corso di Chimica Analitica

Prerequisites

The student must have basic knowledge of general chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame finale, che sarà comune con la parte di Laboratorio di Chimica Analitica, comprenderà una prova scritta e un colloquio orale  congiunto sui contenuti  dei moduli di Chimica Analitica  e Laboratorio di Chimica Analitica che sulla parte di laboratorio. Nella prova scritta lo studente dovrà risolvere 3 esercizi riguardanti il corso d'aula, rispondere ad una sezione con risposta vero/falso, dovrà svolgere una sezione riguardante domande sull'attività di laboratorio. Saranno valutate anche le relazioni di laboratorio, da consegnare al docente almeno una settimana prima dell'esame

Assessment

The final exam, which will be shared with the Analytical Chemistry Laboratory part, will include a written test and a joint oral interview on the contents of the Analytical Chemistry and Analytical Chemistry Laboratory modules and on the laboratory part. In the written test the student will have to solve 3 exercises concerning the classroom course, answer a section with a true / false answer, will have to carry out a section concerning questions on the laboratory activity. Laboratory reports will also be evaluated, to be delivered to the teacher at least one week before the exam

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 759 - CHIMICA ANALITICA ------------------------------------------------------------ I contenuti del corso riguarderanno la termodinamica delle soluzioni e la trattazione teorica accompagnata da esercitazioni numeriche sui principali equilibri in soluzione: acido base; redox; formazione di specie poco solubili; formazione di complessi; equilibri di ripartizione tra fasi. Verranno, inoltre, trattati gli aspetti teorici e sperimentali delle metodologie classiche dell’analisi chimica (metodi volumetrici e gravimetrici), i calcoli di speciazione in presenza di equilibri multipli, le 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. Programma esteso: Il metodo in Chimica Analitica (1h). Equilibrio Chimico ed Energia Libera (2h): Costante di equilibrio. Forza ionica e coefficienti di attività. Buone pratiche di laboratorio. Dispositivi di sicurezza. Equilibri acido-base (5 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. Esercitazioni numeriche su equilibri acido base (6h) 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. Esercitazioni numeriche sulla validazione dei dati (2h) 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. Esercitazioni numeriche su equilibri redox (2 h). 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 (Mohr, Volhard and Fajans). Esercitazioni numeriche sulla solubilità (6h) 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. Esercitazioni numeriche sugli equilibri di complessazione (4 h) I principi dell’analisi gravimetrica (2 h): teoria della precipitazione; fattori che influenzano la solubilità di un precipitato. Precipitazione in fase omogenea. 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 (4 h) sulla trattazione unificata di tutti gli equilibri. ------------------------------------------------------------ Modulo: 770/2 - LABORATORIO DI CHIMICA ANALITICA ------------------------------------------------------------ Lezioni d'aula (1 CFU -6 ore). Equilibri in soluzione: equilibri acido-base, di formazione di complessi, di precipitazione, di ossidoriduzione e di ripartizione. Trattamento rigoroso ai fini delle applicazioni analitiche. Analisi volumetrica: standard primari, trattamento teorico delle curve di titolazione basate sui diversi tipi di equilibri. Metodi di individuazione del punto di arresto. I principi dell’analisi gravimetrica. Cenni di statistica e validazione del dato analitico. Trattazione statistica di misure replicate. Propagazione degli errori: errori casuali e sistematici. Affidabilità dei metodi di analisi: accuratezza, precisione, sensibilità, riproducibilità e specificità. Esercitazioni di laboratorio (5 CFU – 60 ore). Buone pratiche di laboratorio. Lavaggio della vetreria. Preparazione e diluizione di soluzioni. Standardizzazione di soluzioni di acidi, basi e sali. Titolazioni acido-base, titolazioni redox, titolazioni di precipitazione, titolazioni complessometriche, determinazioni gravimetriche. Indicatori. Preparazione di soluzioni tampone. ​​​​​​​ Programma dettagliato: Il metodo in un laboratorio chimico. Buone pratiche di laboratorio. Dispositivi di sicurezza. Conoscenza e lavaggio della vetreria. (1 h LF in lab + 2 h LAB Titolazioni acido-base: Titolazioni acidimetriche ed alcalimetriche: curve di titolazione acido forte/base forte, curve di titolazione acido debole/base forte e viceversa; indicatori acido base e loro scelta; punto di arresto; condizioni di titolabilità ed errore. Alcalinità dell’acqua di mare (1 h LF). La pesata con una bilancia analitica, calibrazione e prova pratica; utilizzo della stufa per essiccamento di sostanze madri; preparazione di una soluzione di HCl e di NaOH; diluizione di una soluzione; preparazione della buretta; titolazione di HCl con NaOH; standardizzazione di NaOH con ftalato acido di potassio; standardizzazione di HCl con carbonato di sodio. Determinazione dell’alcalinità di un campione di acqua di mare; preparazione di soluzioni di indicatori quali fenolftaleina e rosso metile (16 h LAB). Titolazioni Redox: Titolazioni di ossidoriduzione: curve di titolazione redox; calcolo del potenziale al punto equivalente scelta dell’indicatore (redox o “specifico”); condizioni di titolabilità ed errori. Permanganometria con applicazioni; Iodometria con applicazioni (1 h LF). Determinazione dei volumi di ossigeno in un campione commerciale di acqua ossigenata tramite permanganometria; preparazione e standardizzazione di una soluzione di permanganato di potassio; preparazione del campione. Determinazione del cloro attivo in un campione commerciale di candeggina tramite Iodometria; preparazione e standardizzazione di una soluzione di tiosolfato di sodio, preparazione del campione. Preparazione di indicatori redox quali la salda d’amido (12 h LAB). Titolazioni precipitimetriche: Curve di titolazione, indicatori. Metodi Argentometrici (Mohr, Volhard e Fajans) (1 h LF). Determinazione del contenuto di cloruro in un campione tramite i tre metodi argentometrici; preparazione e standardizzazione di una soluzione di nitrato di argento; preparazione e standardizzazione di una soluzione di tiocianato di potassio; preparazione di indicatori di precipitazione come cromato di potassio, fluoresceinato di sodio, allume ferrico. (8 h LAB) Titolazioni complessometriche: Titolazioni complessometriche: curve di titolazione; indicatori metallocromici. Condizioni di titolabilità. Uso dell’EDTA nelle determinazioni complessometriche (1 h LF). Determinazione della durezza totale di un campione di acqua, determinazione della durezza calcica di un campione di acqua, preparazione di una soluzione tampone, preparazione e standardizzazione di una soluzione di EDTA, preparazione di indicatori metallocromici come muresside, nero eriocromo T, tiron; determinazione del contenuto di ferro e calcio in un campione; solubilizzazione di un campione solido, precipitazione frazionata in funzione del pH, digestione di un precipitato, filtrazione di un precipitato, essiccamento di un precipitato, determinazione di ferro e calcio per via complessometrica (12 h LAB) Determinazioni gravimetriche: 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. Determinazione del ferro in un campione solido (1 h LF). Solubilizzazione di un campione solido, 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, dosaggio del ferro per via gravimetrica (10 h LAB).

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 759 - CHIMICA ANALITICA ------------------------------------------------------------ The course contents will concern the solution thermodynamics and the theoretical treatment with numerical exercises on the main equilibria in solution: acid base; redox; formation of scarcely soluble species; complex formation; distribution between phases. The theoretical and experimental aspects of the classic chemical analysis methodologies (volumetric and gravimetric methods), the speciation calculations in the presence of multiple equilibria, volumetric and gravimetric quantitative determinations, the analytical standard procedures (SOP standard operation procedure), the statistical treatment and significance tests for the final evaluation of the analytical data, will be also treated. Extended program ​​​​​​​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. 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. Numerical exercises on acid base equilibria (6h) 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. Numerical exercises on data validation (2h) 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. Numerical exercises on redox equilibria(2 h) 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). Numerical exercises on solubility (6h) 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. Numerical exercises on complex formation (4h) The principles of gravimetric analysis (2 h): precipitation theory; factors that influence the solubility of a precipitate. Precipitation in homogeneous phase. Non-aqueous solvents (1 h): leveling effect of non-aqueous solvents; examples of titrations; distribution equilibrium between phases (1h). Extraction methods. Numerical exercises (4h) on the unified treatment of all equilibria ------------------------------------------------------------ Modulo: 770/2 - LABORATORIO DI CHIMICA ANALITICA ------------------------------------------------------------ Classroom lessons (1 CFU -6 hours). Equilibria in solution: acid-base, complex formation, precipitation, redox and distribution equilibria. Rigorous treatment for analytical analyses. Volumetric analysis: primary standards, theoretical treatment of titration curves on different types of equilibrium. End point identification methods. The principles of gravimetric analysis. Elements of statistics and validation of the analytical data. Statistical treatment of replicated measures. Propagation of errors: random and systematic errors. Reliability of analysis methods: accuracy, precision, sensitivity, reproducibility and specificity. Laboratory practice (5 CFU - 60 hours). Good laboratory practices. Glassware washing. Preparation and dilution of solutions. Standardization of solutions of acids, bases and salts. Acid base, redox, precipitation and complexometric titrations, gravimetric determinations. Indicators. Preparation of buffer solutions. Extended program: ​​​​​​​The method in a chemical laboratory. Good laboratory practices. Safety devices. Knowledge and washing of glassware. (1 h LF in lab + 2 h LAB). Acid-base titrations: Acidimetric and alkalimetric titrations: strong acid / strong base titration curves, weak acid / strong base titration curves and vice versa; acid base indicators and their choice; end points; titration conditions and error theory. Alkalinity of sea water (1 h LF). Weighing with an analytical balance, calibration and practical test; use of the stove for drying standard substances; preparation of a solution of HCl and NaOH; dilution of a solution; burette preparation; titration of HCl with NaOH; standardization of NaOH with potassium acid phthalate; standardization of HCl with sodium carbonate. Determination of the alkalinity of a sea water sample; preparation of indicator solutions such as phenolphthalein and methyl red (16 h LAB). Redox titrations: redox titration curves; calculation of the potential at the equivalent point and choice of the indicator (redox or "specific"); titration conditions and errors. Permanganometry with applications; Iodometry with applications (1 h LF). Determination of oxygen volumes in a commercial sample of hydrogen peroxide using permanganometry; preparation and standardization of a solution of potassium permanganate; sample preparation. Determination of active chlorine in a commercial sample of bleach by iodometry; preparation and standardization of a solution of sodium thiosulfate, preparation of the sample. Preparation of redox indicators such as starch (12 h LAB). Solubility titrations: 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 and standardization of a silver nitrate solution; preparation and standardization of a solution of potassium thiocyanate; preparation of precipitation indicators such as potassium chromate, sodium fluoresceinate, ferric alum. (8 h LAB) Complexometric titrations: Complexometric titrations: titration curves; metallochromic indicators. Titration conditions and errors. Use of EDTA in complexometric determinations (1 h LF). Determination of the total hardness of a water sample, determination of the calcium hardness of a water sample, preparation of a buffer solution, preparation and standardization of an EDTA solution, preparation of metallochromic indicators such as murexide, eriochrome black T, tiron; determination of the iron and calcium content in a sample; solubilization of a solid sample, fractional precipitation as a function of pH, digestion of a precipitate, filtration of a precipitate, drying of a precipitate, determination of iron and calcium by complexometric analysis (12 h LAB) Gravimetric determinations: precipitation theory; factors that influence the solubility of a precipitate; washing; digestion; drying; calcination. Precipitation in homogeneous phase. Calculations and errors in gravimetric analysis. Determination of iron in a solid sample (1 h LF). Solubilization of a solid sample, 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 (10 h LAB).