Analisi dei metalli nelle acque

1. Analisi dei metalli nelle acque Metodi polarografici Costanzo Salvatore, Itis Leonardo Da Vinci V° chimici

2. INTRODUZIONE Lo scopo dell’attività svolta nei laboratori di analisi, è quello di determinare la quantità di Rame, Piombo e Zinco nelle acque con particolari metodi elettrochimici

3. Analisi dei metalli Basse concentrazioni Alte concentrazioni strumentale volumetrica Elettrochimica Non distrugge la matrice Spettrofotometrica Più costosa Distrugge la matrice Più economica

4. POLAROGRAFIA La polarografia è una tecnica elettrochimica basata sulla misura dell’intensità di corrente catodica o anodica (generata da una riduzione o un’ossidazione) a seguito di una ddp imposta su un elettrodo

5. STRUMENTAZIONE • Il cuore del polarografo è • una cella dove • pescano tre elettrodi: • Elettrodo di lavoro, su cui è fatta avvenire la scarica elettrodica • Elettrodo di riferimento, a calomelano o ad argento cloruro • Contro elettrodo per assicurare il contatto elettrico

6. Cella polarografica

7. Gli elettrodi Elettrodo di lavoro Elettrodo di riferimento controelettrodo

8. Analisi qualitativa Ogni coppia redox ha un suo potenziale di riduzione, E0 Ipotenziali non coincidono perché, come sappiamo gli ioni in soluzione li troviamo Complessati: o con l’acqua o col cloruro. Quando s’impone una ddp dall’esterno che è prossima all’E0 avviene la scarica Che libera elettroni (corrente elettrica) la cui intensità è proporzionale alla quantità di specie in soluzione.

9. Il polarogramma • E’ il tracciato che si ottiene dalla scansione elettrodica il quale porta in ascissa la ddp e in ordinata l’intensità di corrente

10. …La forma del polarogramma Consideriamo una qualsivoglia reazione di riduzione ad esempio quella degli ioni Cadmio: Cd2+ +2e- Cd (Hg) Quando il potenziale si trova a valori lontani da quello di scarica, L’intensità di corrente che circola è bassa, mentre quando ci avviciniamo al potenziale della semicoppia l’intensità di corrente (CORRENTE LIMITE DI DIFFUSIONE) inizia ad aumentare fino ad un massimo che corrisponde al potenziale di picco

11. CORRENTE LIMITE DI DIFFUSIONE? • E’ la corrente che circola nel circuito quando il sistema si trova in regime di sola diffusione, perché essendo la velocità di riduzione maggiore di quella migratoria, l’affluenza di ioni all’ elettrodo è funzione solo del gradiente di concentrazione che si genera.

12. Metodi di analisi Voltammetria differenziale ad impulsi (dpv) Applicando al microelettrodo di mercurio una serie periodica di impulsi di tensione di durata e ampiezza costanti si ottiene un’elevata prestazione della tecnica.

13. Come si esegue un’analisi polarografica? Si sciacquano gli elettrodi Per verificarne la purezza si può registrare un suo polarogramma Si pone il campione in cella Si aggiunge l’elettrolita di supporto (solido o in soluzione molto conc) L’intervallo di potenziale, La velocità d’impulso e il tempo di degassamento Siimpostano i parametri di scansione:

14. Si registra il polarogramma E per la determinazione quantitativa si procede col metodo delle aggiunte standard

15. Aggiunte standard? • Il metodo dell’aggiunte standard consiste nell’aggiungere progressivamente aliquote note di standard, si registra il segnale di ogni aggiunta e grazie alla legge di Ilkovic si elabora un grafico che fornisce direttamente la concentrazione incognita

16. La legge di Ilkhovic Questa lega l’intensità di . corrente che Circola, alla concentrazione della specie in soluzione I = KC Facendo opportuni passaggi matematici si arriva all’equazione di una retta che tiene conto anche delle aggiunte I(V0+Vst) =KC0V0 +KCSTVST

17. ESPERIENZA Visto che si prevede una bassa concentrazione dell’analita Si prelevano 20 ml di acqua di rubinetto e si aggiunge l’elettrolita di supporto solido (0,30 g di KCl) Si registra il polarogramma Dopodiché si procede con l’aggiunta di standard e con l’annotazione dell’altezza dei picchi

18. Concentrazione soluzione standard.

19. analita Analita + 5.5 ml di standard 9.5 ml di standard 13.5 ml di standard

20. Campione V0 ml I Cu2+ I Pb2+ Elaborazione dati Biancoanalita 0 30 5,29 Agg 1 5,5 45,44 24,70 Agg 2 9,5 48,52 47,64 Agg 3 13,5 53 53,6

21. Elaborazione dati per la retta Y= I(V0 + Vst) X = Cst Vst PIOMBO Y = 5,29 ( 20/1000) = 0,1058 ANALITA ( 20ml) 0 ml standard X = 0 Y = 24,70 (20+5,5)/1000 = 0.630 X = 2.034*10-5 * 5.5/1000 = 1.11*10-7 +5.5 ml standard Y = 47,64(20+9.5)/1000 = 1,40 +9.5 ml standard X = 2.034*10-5 * 9.5*10-3 =1.93 *10-7 Y = 56(20+13.5)/1000 = 1.87 +13.5 ml standard X = 2.034*10-5 * 13.5/1000 = 2.74 *10-7

22. x y 0 0,1058 1,11 0.630 1.93 1.87 1.40 2.74 PIOMBO L’intercetta negativa corrisponderà alla concentrazione incognita di piombo

23. X Y 0 0.6 1.12 1.15 1.94 1.43 2.75 1.77 L’equazione della retta di tendenza è y = 0.6654x +0.0414 Y=0 x =(-0.0414/0.6654) = 6.22 *10-9 M = 6.22*10-3 μM RAME

24. Y = 0.4201X + 0.6273 Y = 0 X= -0.6273/0.4201 =1.49 * 10-7 = 1,49*10-1M , Zinco CZn=9.5512/0.4587 =20.8223 *10-7 M = 2.082M

25. Zn2+ Cu2+ Pb2+ 2.082  M 1,49*10-1M 6.22*10-3 M Espressione dei risultati

26. Salvatore Costanzo Itis “Leonardo Da Vinci” V ° Chimici A.S 2006\2007