ACQUA – H2O e sua determinazione

- Struttura e caratteristiche chimico fisiche dell’acqua

- Uso industriale ed alimentare dell’acqua

- Conservazione e deperibilità

- Influenza ponderaleNatura del contenuto di acqua

1. Acqua Liquida: acqua necessaria alla preparazione di forme farmaceutiche specifiche (pomate, creme, emulsioni, soluzioni) o alimentari (succhi di frutta)

2. Acqua Superficiale: (o umidità superficiale o igroscopica) acqua che aderisce sulla superficie del campione, proveniente dall’ambiente in cui è conservato il prodotto. Contenuto non costante - impurezza

3. Acqua Legata:

a. di Costituzione, cioè acqua che entra a far parte della struttura della molecola (e/o ione), il cui allontanamento porta alla demolizione della sostanza stessa.

b. Coordinata o di cristallizzazione, cioè acqua che viene trattenuta nell’atto della cristallizzazione nel reticolo cristallino.

Cu2+H2O

H2O

OH

H

OH

H

OH

HS

O

O

O

O

Contenuto d’acqua totale / Contenuto acqua cristallizzazione

DELIQUESCENZAUna sostanza è detta deliquescente quando esposta all’aria a temperatura ambiente assorbe acqua formando una soluzione.

Una sostanza deliquescente è anche igroscopica, mentre non è vero il contrario: ac solforico concentrato, silice, alcooli etilico e metilico assoluti.

EFFLORESCENZAE’ il fenomeno a cui vanno incontro alcuni Sali che per esposizione all’aria perdono parte della loro acqua di cristallizzazione.

Ben visibile perché i Sali idrati da cristallini si trasformano in polveri amorfe.

METODI PER LA DETERMINAZIONE

1)Determinazione gravimetrica

2)Distillazione azeotropica

3)Karl Fischer

Deteminazione gravimetricaA)Via diretta: perdita di peso all’essiccamento.

riscaldamento della sostanza in esame alla più alta temperatura consentita o in stufe a vuoto in presenza di un essiccante fino a peso costante

B)Via indiretta: sostanza esattamente pesata introdotta in una canna di vetro o quarzo, riscaldata e fatta attraversare da un gas anidro; il gas raccoglie l’acqua liberata dalla sostanza e la veicola fino ad un agente disidratante, esattamente pesato,

[Mg(ClO4)2] dalla cui differenza in peso si risale

al contenuto percentuale di acqua nel campione in esame.g sost pesata – g sostanza secca = g di acqua di

cristallizzazione(g acqua/g sost pesata) x 100 = % acqua

F.U.I. IX Ed. Allume: KAl(SO4)2.12H2O

PM 474,39 45,57% H2O2,3772g di allume 1,2942g di sostanza secca

2,3772-1,2942 = 1,0830g di H2O

(1,0830/2,3772)x100 = 45,55%

a) 100-45,55 = 54,45% sostanza anidra PM 258,21 54,45:45,55 = PM sost anidra : X

X = 216,005 quantità di acqua per mole di sostanza216,005/PM acqua = 216,005/18,015 = 11,99 cioè 12

molecole H2O

b) 1,0830/PM acqua = 0,0601 moli di acqua1,2942/PM sost anidra = 0,00501 moli di solfato di Al e K

0,0601/0,00501 = 11,996 cioè 12 molecole di H2O

Determinazione del contenuto di C/H di un

campione mediante analisi per combustione

0,09309g di campione

0,04256g di H2O (> in peso della cartuccia di magnesio

perclorato)

0,1387g di CO2 (> in peso della cartuccia di ascarite)

Massa di C e sua % nel campione

0,1387 (12,01g C/44,01g CO2) = 0,03785g di C

(0,03785/0,09309)x100 = 40,68%

Massa di H e sua % nel campione

0,04256 (2,017g H2/18,017g H2O) = 0,004764g di H2

(0,004764/0,09309)x100 = 5,12% H

Massa di O e sua % nel campione0,09309 – (0,03785+0,004764) = 0,05042g di O(0,05042/0,09309)x100 = 54,19% di O

1,251g di campione

1,608g di H2O (> in peso della cartuccia di magnesio

perclorato)

3,926g di CO2 (> in peso della cartuccia di ascarite)

Massa di C e sua % nel campione

3,926 (12,01g C/44,01g CO2) = 1,071g di C

(1,071/1,251)x100 = 85,61%

Massa di H e sua % nel campione

1,608 (2,017g H2/18,017g H2O) = 0,180g di H2

(0,180/1,251)x100 = 14,39% H

Formula bruta1,071/12,01 = 0,0892 moli di C0,180/1,008 = 0,179 moli di H

0,179/0,0892 = 2 (CH2)n formula minima

PM 28,02 C2H4 formula bruta

Analisi gravimetrica per volatilizzazione

H2O e CO2 adsorbiti su agenti appositi (CaCl2, P2O5, Mg(ClO4)2, ascarite, CaO)

Analisi gravimetrica per estrazione

Sostanze organiche poco idrosolubili, presenti in soluzione acquosa come tali o come Sali di acidi o basi forti.

Etere etilico, etile acetatoCloroformio

L’estrazione è completa se l’ultimo estratto, evaporato singolarmente, non lascia residuo apprezzabile alla bilancia.

K = [A]acqua/[A]solvente

1,0000g campione in 200 mL di acqua

K = [A]acqua/[A]solvente = 1/10

o unica estrazione con 200 mL di cloroformio

K = [A]acqua/[A]etere= 1/10 = [(1-p)/200]/(p/200) p=0,9090g

[(0,9090-1)/1]x100 e%= -9,1%

o 5 estrazioni successive con 40 mL di cloroformio

1/10 = [(1-p1)/200]/(p1/40) p1=0,6667g

1/10 = [(0,3334-p2)/200]/(p2/40) p2=0,2223g

P3=0,0741g p4=0,0247 p5=0,0082g

0,6667+0,2223+0,0741+0,0247+0,0082=0,9960g recuperati

[(0,9960-1)/1]x100 e%= -0,4%

FU IX Ed: Fluoresceina sodica, tiopentale sodico, ecc..

Distillazione azeotropicaDroghe vegetali e pomate

La Tensione Superficiale esprime l’intensità delle forze intermolecolari tra particelle ed è la forza che si oppone all’evaporazione (rappresenta il lavoro necessario affinché la superficie di un liquido aumenti di 1cm2 (lavoro in erg) o di 1m2 (lavoro in joule)).Dicesi Tensione di vapore o Pressione di vapore del liquido la pressione esercitata dalle particelle allo stato di vapore in condizioni di equilibrio; dipende solo dalla temperatura (funzione della composizione del liquido), mentre è indipendente da: 1) quantità di liquido 2) superficie esposta 3) spazio a disposizione del vapore.

tensione di vapore = pressione esterna liquido bolle

Diagrammi che mettono in relazione: composizione del liquido/composizione del suo vapore/temperatura di ebollizione (tracciati sperimentalmente).o completamente immiscibilio parzialmente miscibilio completamente miscibili

Sistemi ideali di componenti volatiliSistemi ideali solvente volatile+soluto non volatileSistemi non idealiSistemi idealiLa soluzione è in equilibrio con un vapore che ha composizione diversa da quella del liquido stesso.La Pressione parziale di ciascun componente dipende sia dalla composizione del liquido che dalla temperatura (Legge Raoult)

PA = XAL PA°

Sistemi non ideali, deviazioni positive o negative della Legge di Raoult.Sono dette AZEOTROPICHE le miscele che bollono inalterate (caratteristica dei composti puri), cioè che forniscono un vapore di composizione uguale al liquido che bolle, per un dato valore di T e P.

Azeotropo con p.e. > rispetto ai p.e. dei due liquidi che lo compongono: distillazione di uno dei due componenti puri, mentre l’azeotropo rimane come

residuo (EAA e EBB < EAB).

Azeotropo con p.e. < rispetto ai p.e. dei due liquidi che lo compongono: distillazione della miscela azeotropica, mentre il residuo è costituito da uno dei

due liquidi puro (EAA e EBB > EAB).

Acetone 20% / CHCl3 80% (p.e. 64,7 °C)HCl 20,2% / H2O 79,8% (p.e. 108,6 °C)

ALCOOL ETILICO ASSOLUTO

EtOH/H2O (95,6% - 4,4%) p.e. 78,15 °C

EtOH/H2O/benzene (18,5% - 7,4% - 75,1%) p.e. 64,85 °C

EtOH/benzene (67,6% - 32,4%) p.e. 68,25 °CEtOH (100%) p.e. 78,3 °C

Toluene p.e. 110,8 °C

H2O p.e. 100,0 °C

Toluene/H2O p.e. 84,1

°C

(mL tot – mL sat)Peso (g) campione

x 100 = %

H2O

Determinazione di Karl Fischer (1935)Farmaci e alimenti

Prevede l’uso di una miscela di metanolo e piridina

contenente quantità note di iodio e SO2.

I2 + SO2 + 2H2O 2HI + H2SO4

Soluzione A: I2 in CH3OH e Py anidri C5H5N.I2 + CH3OH

Soluzione B: SO2 in una soluzione di Py anidra C5H5N.SO2

2ROH + SO2 RSO3- + ROH2

+

B + RSO3- + ROH2

+ BH+ + ROH + RSO3

-

Reattivo B.I2 + BH+ + RSO3-

B + H2O + B.I2 + RSO3- + BH+ 2BHI + BH+ +

RSO4-

1 mole I2 1 mole H2O

Standardizzazione reattivo di Karl Fischer

PM = 230,1

% H2O = 15,66%

100g sale 15,66g di H2O

1mg sale 0,1566mg di

H2O

0,1566 x mg di standard pesatomL di titolante (reattivo Karl

Fischer)

Titolo reattivo K.F.

(mg H2O/mL

titolante)

=

COONa

HC OH

HC OH

COONa

.2H2O

Distillazione azeotropicaSpostamento dell’equilibrio di una reazione

chimica1- Esterificazione di Fisher

RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O

2- Sintesi di acetali

RCHO + 2R’OH RCH(OR’)2 + H2O

3- Formazione di enammine

RCH2COCH2R + R’R’’NH R-CH=C(-NR’R’’)-CH2-R + H2O

Si aggiunge all’ambiente di reazione un solvente che formi un azeotropo con l’acqua (benzene, toluene, etanolo) caratterizzato da un punto di ebollizione inferiore ai reagenti usati.