GRANDEZZE MISURATE IN CHIMICA ANALITICA
Campione: sostanza sottoposta all’analisi
Analita: specie chimica di interesse
E’ un dato analita presente nel campione (analisi
qualitativa), ed in che quantità (analisi quantitativa)?
Ipotesi di omogeneità del campione: la quantità di analita
è proporzionale all’estensione del campione.
Risultato espresso (normalmente) come concentrazione
dell’analita.
Esempio
campione = prelievo (mio) sangue del 27/07/2012 07:51
analita = P-glucosio
concentrazione = 5.5 mmol / L
errore ≤ 7%
1
Unità di misura
Sistema Internazionale (SI) basato su:
metro (m), kilogrammo (kg), secondo (s)
Prefissi
Giga
Mega
kilo
deci
centi
milli
micro
nano
pico
femto
Simbolo
G
M
k
d
c
m
µ
n
p
f
Fattore
10 9
10 6
10 3
10 −1
10 − 2
10 − 3
10 −6
10 − 9
10 −12
10 −15
2
M = Massa: g, kg
Distanza: m, cm, mm,
V = Volume: m3 , L (litri)=10 −3 m3 , cm3 =mL
M
ρ := = densità: g/cm 3 =kg/L
V
mole = numero di Avogadro di molecole
n = numero di moli: mol
M
m
:=
M
n
= Massa molare = massa per mole di
sostanza: g/mol, kg/mol, g/mmol
Peso molecolare (PM) = massa molare espressa in g/mol
3
Quant’è il numero di moli n in 100 g
di saccarosio C12H22O11 ?
PM = 12 × 12,0107 (C) + 22 × 1,00794 (H) + 11 × 15,9994 (O) = 342,2965
M
100 g
M m = 342,2965 g/mol
n=
=
= 0,292 mol
M m 342,2965 g/mol
4
PA(C) = 12,0107
cifre significative
Numero di cifre significative = 6
Cifre significative: valori certi di cifre nella rappresentazione
decimale del valore di un parametro (implicito: le successive
sono incerte!)
Se PA(C) = 12,01070 , allora ci sarebbero 7 cifre significative
(12,01070 un significato diverso di 12,0107!)
Il parametro x=1500 può essere ambiguo:
2
2
x=15 × 10
oppure x=15,00 × 10 ?
5
Nella somma si arrotondano le cifre incerte
12 × 12,0107 = 144,1284
+
22 × 1,00794 =
22,17468
+
11 × 15,9994 = 175,9934
=
342,29648 ⇒ 342,2965
Nei prodotti e divisioni si arrotonda al numero di cifre
significative del parametro più incerto (con minor numero di
cifre significative)
3 cifre significative
100
= 0,2921443 L ⇒ 0,292 (3 cifre significative)
342,2965
7cifre significative
Esempio di arrotondamento alla prima cifra significativa
2,0500 L ÷ 2,1499 L ⇒ 2,1
dopo la virgola:
6
Parametri di concentrazione
Concentrazione volumetrica: numero di moli di una
sostanza rapportato al volume della soluzione (campione)
n
[L] :=
V
Molarità = numero di moli per litro di soluzione
unità di misura: M = mol/L
Concentrazione tipica di Sodio Cloruro in acqua di mare:
[NaCl] = 0,046 M
E’ una concentrazione formale, poiché il Sodio Cloruro in
acqua è dissociato completamente nelle specie ioniche.
7
3
Quanto Sodio Cloruro è estraibile da un m di acqua di mare?
n NaCl
mol
= V [NaCl] = 1000 L × 0,046
= 46 mol
L
PM NaCl = 22,989770(Na) + 35,4527 (Cl) = 58,44247
M m = 58,44247 g/mol
g
M = nM m = 46 mol × 58,44247
= 2,7 kg
mol
8
Inconveniente delle concentrazioni volumetriche: cambiano
con la temperatura del campione (la densità delle sostanze è
funzione della temperatura!)
In Termodinamica: Molarità sostituita con la Molalità = numero
di moli per kg di solvente
In Chimica Analitica si continua ad usare la concentrazione
volumetrica (Molarità): effetti della temperatura trascurabili in
normali condizioni ambientali.
9
% w/w
Percentuale in peso: % p/p =
Parti per milione: ppm =
massa del soluto
× 100
massa della soluzione
massa del soluto
× 106
massa della soluzione
massa del soluto
9
=
×
10
Parti per miliardo (billion): ppb
massa della soluzione
Percentuale in volume: % v/v =
volume del soluto puro
× 100
volume della soluzione
10
Esercizio: L’acido nitrico ( HNO3 ) è disponibile in commercio
come soluzione al 72% p/p (densità = 1.42 g/mL). Quanti
millilitri di questo reagente sono necessari per preparare 2.00
litri di una soluzione di HNO3 1.00 M?
n(HNO3 ) = 2 mol
PM(HNO3 ) = 1,00794(H) + 14,00674(N) + 3 × 15,9994(O) = 63,0129
M m (HNO3 ) = 63,0129 g/mol
M (HNO3 ) = n(HNO3 ) M m (HNO3 ) = 2 mol × 63,0129
= 126 ,0258 g
72
M (HNO3 ) =
× M (sol.)
100
M (HNO3 ) 126 ,0258
M (sol.) =
=
g = 175g
0,72
0,72
M
175g
V=
=
= 123 mL
ρ 1,42g/mL
g
=
mol
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pH, pK
pH := − log[H+ ]
pK := − log K
K = costante di equilibrio
log(L) : funzione logaritmo a base decimale
x = log a ≡ log10 (a ) ⇒ a = 10 x
Proprietà:
1) È definito solo per a > 0
2) log 1 = 0, log 10 = 1
a > 1 ⇒ log a > 0
a < 1 ⇒ log a < 0
log a non
definito
0
1
a
log a
0
12
1
3) log = − log a
a
1
a = 10 ⇒ = 10 − x
a
x
4) log(a1a2 ) = log a1 + log a2
x1 = log a1
x2 = log a2
a1 a2 = 10 x 10 x = 10 x + x
1
2
1
2
log(a1a2 ) = x1 + x2 = log a1 + log a2
a1
1
5) log = log a1 + log = log a1 − log a2
a2
a2
6) log aν = ν log a
x = log a
aν = 10ν x
a = 10 x
log aν = xν = ν log a
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ln(L) : logaritmi (naturali) a base e (numero di Neper)
y = ln a ⇒ a = e y
e = 2,71828182L
Fattore di conversion e : ln a = (ln 10 ) × log a
x = log a a = 10 x
Proprietà per y → 0 :
⇒
ln 10 = 2,302585 L
y = ln a = ln 10 x = x ln 10
e y = 1 + y ⇒ ln(1 + y ) = y
ln(1 + y ) = ln e y = y ln e = y
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