STAGE PRESSO
DIPARTIMENTO
CHIMICA
SEZIONE
CHIMICA-FISICA
DI PAVIA
Alessia
Corsico
Fabio Porta Scarta
PREMESSA
Lo stage effettuato presso il dipartimento di chimicafisica si è rivelato un’esperienza formativa che ci ha
permesso di apprendere nozioni importanti e
approfondire argomenti che non vengono trattati nelle
scuole superiori per la loro complessità. Lavorare quasi
in modo autonomo ci ha reso più indipendenti e sicuri.
Tutto ciò è stato possibile grazie al personale molto
qualificato che per due settimane ci ha seguito nel
nostro percorso di orientamento.
PREREQUISITI
Nell’arco delle due settimane di stage abbiamo sintetizzato sei
composti, di cui 3 fluoruri (BaCoF4,Ba2CoF6,Ba2Co3F10) e 3 ossidi
(La8Y2Ge6O27, Sr2MgSi2O7, Sr2MgGe2O7). Quasi tutti questi
composti sono stati realizzati tramite reazioni solido-solido, cioè
particolari reazioni caratterizzate da reagenti allo stato solido che
per essere portate a compimento necessitano di reattivi ben
pressati affinché le molecole siano più vicine possibile tra loro e
infine scaldati a opportune temperature. L’ultimo ossido è stato
preparato con una metodica differente, cioè Solgel, che consiste
nel solubilizzare i reagenti in acqua deionizzata con un
complessante e successivamente far evaporare tutto il solvente; il
rimanente deve essere posto in stufa a temperature adeguate.
Per determinare la totale formazione dei composti abbiamo
utilizzato un diffrattometro a raggi X.
DIFFRATTOMETRO A RAGGI
X
Si tratta di uno strumento che utilizza radiazioni, che ricadono nel
campo dei raggi x, per determinare la struttura di composti
organici ed inorganici. Questo è possibile grazie alla diffrazione
dei fasci che interagiscono con la materia cristallina e
policristallina creando interferenze costruttive o distruttive. Il
fenomeno di diffrazione si ha solo nei casi di interferenza
costruttiva.
L’interazione avviene poiché i raggi X possiedono una lunghezza
d’onda nell’ordine dell’Å, esattamente come la distanza tra gli
atomi di un solido, in questo modo i raggi X vengono diffratti dai
piani reticolari del cristallo secondo la legge di Bragg
LEGGE DI BRAGG
2dsen=n
dove:
θ (theta) è l'angolo che il fascio incidente forma col
piano cristallino,
λ (lambda) è la lunghezza d'onda della radiazione
d è la distanza tra due piani adiacenti.
COMPONENTI DEL DIFFRATTOMETRO A
RAGGI X
Il diffrattometro a raggi X è costituito da una camera composta da pareti
in Piombo, per impedire la dispersione di radiazioni nell’ambiente
esterno; all’interno della camera è presente un alloggiamento per il
campione e due braccia:
il primo contiene il cosiddetto tubo di Coolidge che emette radiazioni X,
il secondo un monocromatore e un rivelatore.
Il tubo di Coolidge è costituito da un'ampolla di vetro, all'interno della
quale viene fatto il vuoto, posta dentro un involucro metallico rivestito
di piombo. All'interno dell'ampolla vi sono anodo e catodo. Il catodo è
costituito da un filamento, tipicamente di tungsteno. Questo viene
attraversato da una corrente intensa che riscalda il catodo e determina
la fuoriuscita degli elettroni di conduzione per emissione termoionica.
Tali elettroni vengono poi accelerati verso l'anodo grazie all'alta
differenza di potenziale che viene applicata tra il catodo e l'anodo. Gli
elettroni prodotti al catodo sono accelerati verso l'anodo da un
potenziale maggiore di 100 kV e bombardando la targhetta bersaglio
producono i raggi X.
FLUORURI
BaCoF4,Ba2CoF6,Ba2Co3F10 sono composti
particolari per le loro caratteristiche
piezometriche (e magnetiche), cioè sono in
grado di produrre un d.d.p. quando vengono
compressi, e se attraversati da una corrente
elettrica, per mezzo di elettrodi, si piegano di
un determinato angolo, proporzionale
all’intensità di corrente fornita.
Sintesi Fluoruri
Pesare reagenti (BaF2 e CoF2), dopo opportuni calcoli stechiometrici, con
bilancia con sensibilità fino a quattro cifre decimali;
Unire le polveri in un mortaio per amalgamare;
Chiudere le polveri in sacchettini di plastica impermeabili;
Utilizzare la pressa idraulica per comprimere i reagenti;
Deporre la pallina ottenuta in una lamina di platino e il tutto in un tubo di
silice
Inserire il tubo nel forno tubolare e rendere l’atmosfera satura di argon
per impedire che il composto si ossidi
Lasciare in forno per 24h a 800°c;
Raffreddare
Eliminare eventuale ossidazione sulla superficie della pallina con la carta
vetro
Polverizzare la pallina
Analizzare con Diffrattometro a raggi X per verificare la presenza di
impurezze
ANALISI DEI GRAFICI
Abbiamo seguito il decorso di reazione
confrontando i grafici relativi ai reagenti e quelli
relativi ai prodotti. Nel caso della prima sintesi
(come si può vedere nella slide successiva) i picchi
di diffrazione dei reagenti sono diversi da quelli
del campione finale in quanto nel composto non
ancora reagito sono presenti BaF2 e CoF2.
Quando i picchi dei due fluoruri non sono più
presenti identifichiamo che è avvenuta la
reazione, che ci aspettavamo.
Analoghe considerazioni possono essere estese a
tutti gli altri prodotti sintetizzati.
BaCoF4
Sintesi dei fluoruri per ottenere 10g di campione
Reazione:
BaF2 + CoF2 BaCoF4
MM = 272,29 g/mol
Moli necessarie: 10g/272,29g/mol = 0,03693 moli
MMBaF2: 175,3 g/mol ; MMCoF2: 96,93 g/mol ; Rapporto stechiometrico 1:1
Massa BaF2: 175,3g/mol x 0,03693moli= 6,4394g
Massa CoF2: 96,93g/mol x 0,03693moli=3,5606g
BaCoF4
BaF2 + CoF2
350
600
300
500
intensità
Intensità
250
200
150
100
300
200
100
50
0
20.000
400
40.000
60.000
Angolo Theta
80.000
0
20.000
30.000
40.000
50.000
Angolo Theta
60.000
70.000
Ba2CoF6
Sintesi dei fluoruri per ottenere 10g di campione
Reazione:
2BaF2 + CoF2 Ba2CoF6
MM = 447,53 g/mol
Moli necessarie: 10g/447,53g/mol = 0,02234 moli
MMBaF2: 175,3 g/mol ; MMCoF2: 96,93 g/mol ; Rapporto stechiometrico 2:1
Massa BaF2: (175,3g/mol x 0,02234moli)x2= 7,8341g
Massa CoF2: 96,93g/mol x 0,02234moli=2,1659g
Ba2CoF6
BaF2 + CoF2
450
350
400
300
350
Intensità
Intensità
250
200
150
100
250
200
150
100
50
0
20.000
300
50
40.000
60.000
Angolo Theta
80.000
0
20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000
Angolo Theta
Ba2Co3F10
Sintesi del fluoruro per ottenere 10g
Reazione:
2BaF2 + 3CoF2 Ba2Co3F10
MM = 641,39 g/mol
Moli necessarie: 10g/641,39g/mol = 0,01559 moli
MMBaF2: 175,3 g/mol ; MMCoF2: 96,93 g/mol ; Rapporto stechiometrico 2:3
Massa BaF2: (175,3g/mol x 0,01559moli)x2= 5,4663g
Massa CoF2: (96,93g/mol x 0,01559moli)x3=4,5337g
BaF2 + CoF2
350
300
Il grafico relativo al composto
Ba2Co3F10 non è disponibile per
mancanza di tempo.
Intensità
250
200
150
100
50
0
20.000
40.000
60.000
Angolo Theta
80.000
La8Y2Ge6O27
Sintesi degli ossidi per ottenere 10g di campione
Reazione:
4La2O3 + Y2O3 + 6GeO2 La8Y2Ge6O27
MMcampione: 2156,6138 g/mol
La2O3 MM = 325,8182 g/mol
Molcampione= 4mol La2O3 = (10g/2156,6138 g/mol)*4 = 0,018547595 mol
Massa La2O3 = 0,018547595 mol * 325,8182 g/mol = 6,0431 g La2O3
Y2O3 MM = 225,8082 g/mol
Molcampione = mol Y2O3 = (10g/2156,6138 g/mol) = 0,004636898 mol
Massa Y2O3 = 0,004636898 mol * 225,8082 g/mol = 1,0470 g Y2O3
GeO2 MM = 104,5888 g/mol
Molcampione= 6mol GeO2 = (10g/2156,6138 g/mol)*6 = 0,027821392 mol
Massa GeO2 = 0,027821392 mol * 104,5888 g/mol = 2,9098 g GeO2
Conclusione
L’attività di stage svolta da noi presso il Dipartimento di
Chimica-Fisica di Pavia ci ha consentito di seguire le tappe
fondamentali della sintesi e della caratterizzazione mediante
diffrazione ai raggi x di fluoruri, apatiti e melilite.
L’indagine analitica svolta con l’utilizzo di un diffrattometro a
raggi x ci ha confermato la natura dei composti da noi
sintetizzati.
