66684 - CHIMICA ANALITICA CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di comprendere i principi che definiscono la chimica analitica come "problem solving" relativamente a metodi volumetrici e gravimetrici. Inoltre, ha acquisito le necessarie conoscenze sugli equilibri simultanei in soluzione al fine di definire le condizioni ottimali per l’esecuzione di determinazioni volumetriche e gravimetriche. Ha maturato una discreta esperienza pratica che gli consente di effettuare determinazioni quantitative volumetriche, basate su reazioni acido-base, redox, complessometriche e di precipitazione, in modo classico o tramite potenziometria, su campioni reali. È in grado di individuare le metodologie più adeguate alla risoluzione di semplici problemi analitici e di presentare e valutare i dati sperimentali applicando procedure statistiche di base.

Contenuti

PREREQUISITI

1) Funzioni elementari: frazioni, potenze, radici, esponenziali e logaritmi. Soluzione di equazioni algebriche

2) Conoscenza delle principali grandezze fisiche e delle relazioni che le legano, principali unità di misura

3) Reazioni chimiche e loro bilanciamento. Concetto di mole. Le soluzioni e le unità di concentrazione. Concetto di equilibrio e principio di Le Chatelier. Calcoli stechiometrici per reazioni complete e/o all'equilibrio. Conoscenza del chimismo degli elementi e dei composti più comuni. Conoscenza della nomenclatura di base e delle formule chimiche.

4) Conoscenze di Termodinamica applicabili a sistemi di interesse chimico in condizioni di equilibrio. Equilibri di fase in sistemi monocomponente. L'equazione dei gas perfetti. Frazione molare e pressione parziale. Elettrochimica di base.

PARTE DI TEORIA

Fondamenti di statistica in Chimica Analitica: Qualità del dato analitico. Cifre significative. Fonti di incertezza. Errori nell'analisi chimica; propagazione dell'errore. Errori grossolani, sistematici, casuali. Accuratezza e precisione. Intervallo di confidenza. Test di significatività: t di Student. Test di accuratezza. Test di precisione. Confronto di due campioni.

Fondamenti di Chimica Analitica: Applicazione dei concetti di mole, concentrazione e diluizione alla risoluzione di problemi pratici di chimica analitica, in particolare di stechiometria delle soluzioni. Introduzione ai metodi volumetrici e gravimetrici di analisi. Esercizi sul processo analitico.

Acidi e basi in solventi acquosi: Le proprietà caratterizzanti dei composti chimici alla base della chimica analitica. Matrici complesse e interferenza. Trattamento sistematico degli equilibri chimici. metodi grafici per la rappresentazione degli equilibri chimici. Forza di acidi e basi. Acidi e basi polifunzionali. Soluzioni tampone e soluzioni di anfoliti. Calcoli di pH. Titolazioni acido-base. Metodi per la valutazione del punto equivalente di una titolazione. Errore di titolazione.

Complessometria: Formazione di complessi e pH. Costanti condizionali e termodinamiche. Titolazioni complessometriche. EDTA ed applicazioni analitiche. Interferenti e mascheramento.

Equilibri di precipitazione: Solubilità e pH. Solubilità e complessi. Titolazioni di precipitazione. Metodi gravimetrici di analisi.

Equilibri redox: Celle elettrochimiche. Effetti del pH, degli equilibri di solubilità e della formazione di complessi sul potenziale redox. Stabilità dei sistemi redox in acqua. Titolazioni redox.

Potenziometria: Elettrodo standard a idrogeno (SHE). Elettrodi indicatori e di riferimento. Elettrodo a vetro per la misurazione del pH. Titolazioni potenziometriche.

Sviluppo di metodiche analitiche: Introduzione ai principali riferimenti normativi e tecnico scientifici (ISO, UNI, norme nazionali, letteratura scientifica) per la progettazione di procedure analitiche. Definizione degli obiettivi analitici, scelta della tecnica più idonea in base alla matrice e agli analiti di interesse, stesura di procedure operative dettagliate. Discussione di esempi pratici su campioni reali e attenzione agli aspetti di validazione e conformità alle normative vigenti.

PARTE DI LABORATORIO

Gli argomenti della parte teorica saranno oggetto di esperienze di laboratorio, il cui obiettivo sarà quello di: i) mettere in pratica le modalità sperimentali di analisi; ii) adattare specifiche procedure analitiche a campioni reali.

Lezioni frontali

La registrazione del lavoro in laboratorio. La vetreria volumetrica: caratteristiche, modi d'uso, calibrazione. Aspetti pratici delle titolazioni volumetriche: individuazione del punto di arresto per mezzo di indicatori e con metodi grafici e numerici. Standard primari. Trattamento degli errori. Introduzione ai metodi potenziometrici.

Esperienze di laboratorio

Le attività di laboratorio prevedono una prima fase di esperienze individuali, finalizzate ad affinare le competenze pratiche di ciascuno studente, seguite da una o più esperienze da condursi in gruppo, volte a sviluppare capacità di collaborazione e lavoro di squadra.

Calibrazione della vetreria. Titolazioni acido-base: normalizzazione di soluzioni di HCl e NaOH; Titolazioni acido basi di campioni reali. Titolazioni complessometriche: determinazione della durezza di un campione reale. Titolazioni argentometriche. Titolazioni potenziometriche acido base. Titolazione incognita.

La frequenza alle attività di laboratorio è obbligatoria per poter sostenere l’esame finale.

Esercitazioni

Oltre alle esercitazioni gli studenti dovranno eseguire il trattamento statistico dei dati ottenuti dalle misure sperimentali, compilando un report sulla base di un templato, che sarà oggetto di valutazione. Inoltre, gli studenti sono tenuti a compilare, durante le esperienze, il proprio quaderno individuale di laboratorio. Lo svolgimento delle attività di laboratorio richiede l’utilizzo di fogli di calcolo (Microsoft Excel) per eseguire l’elaborazione dei dati e simulare i responsi sperimentali ottenuti.

Le attività di laboratorio e teoriche dedicate allo sviluppo, alla progettazione e alla valutazione di metodiche analitiche in ambito chimico-analitico permettono agli studenti di acquisire competenze di pianificazione sperimentale, problem solving applicato all’analisi di campioni reali, controllo di qualità dei dati e preparazione di documentazione tecnica accurata, che rappresentano elementi fondamentali sia per la pratica professionale in chimica analitica, sia per il project management.

Testi/Bibliografia

D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Fondamenti di Chimica Analitica. EdiSES, Napoli, 2005.

D.C. Harris, Chimica Analitica Quantitativa, Zanichelli, Bologna, 2005

Sul quaderno di laboratorio:

Rebecca Milholland. Guide to keeping a laboratory notebook [https://www.niehs.nih.gov/sites/default/files/health/assets/docs_f_o/guide_to_keeping_laboratory_notebooks_2002_508.pdf] . National Institute of Health

Philip Ryan, Analyst Office of Intramural Training and Education. Keeping a Lab Notebook [https://biotechnology.rutgers.edu/sites/default/files/uploads/RESOURCES%20PAGE-Lab%20Notebook%20Presentation.pdf] . Presentation at a webinar of National Institute of Health

Metodi didattici

Lezioni in aula, integrate da attività esercitazionali sugli argomenti svolti. È indispensabile integrare e approfondire il materiale presentato a lezione con lo studio individuale sui libri di testo. E’ inoltre consigliato partecipare alla discussione in aula sugli argomenti trattati e ai forum aperti su Virtuale. L’insegnamento teorico e quello laboratoriale sono strettamente integrati e interdipendenti. Lo studio dei principi della chimica analitica e il lavoro sperimentale, dove questi vengono messi in azione, devono necessariamente coesistere perché l’attività sperimentale agevola la corretta collocazione cognitiva dei diversi argomenti affrontati e stimola ad assumere una progressiva autonomia nella pratica di laboratorio.

Sicurezza negli ambienti di lavoro

La frequenza del laboratorio richiede lo svolgimento dei Moduli 1 e 2 in modalità da remoto e la partecipazione al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web del corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica delle conoscenze acquisite verrà effettuata attraverso una prova scritta finale. Il punteggio è integrato con quello ottenuto dal Laboratorio del corso di Chimica Analitica (un solo voto finale). La prova scritta mira a verificare l’apprendimento degli argomenti affrontati in entrambi gli insegnamenti.

L'esame consiste in una prova scritta della durata di 3 ore e prevede esercizi e domande aperte. Durante la prova scritta non è ammesso l'uso di libri di testo e degli appunti (o delle slides) di lezione. È necessario presentarsi muniti di una calcolatrice (non è ammessa quella disponibile su dispositivi tipo tablet o cellulari) e degli strumenti per tracciare diagrammi (matite, righello, squadra, gomma). Il materiale sul quale redigere le prove (fogli protocollo, carta millimetrata, ecc.) sarà reso disponibile dal docente.

La frequenza del laboratorio è obbligatoria per l’ammissione all'esame finale. È consentito un massimo di 2 assenze nella parte di laboratorio. Inoltre, è obbligatorio avere consegnato tutte i report delle esperienze entro le scadenze assegnate.

Per sostenere le prove d'esame previste è necessaria l'iscrizione tramite “AlmaEsami”, nel rispetto inderogabile delle scadenze indicate.

Gli studenti che non ottemperano ai suddetti obblighi non potranno effettuare l'iscrizione all'esame su AlmaEsami.

La valutazione finale prevede l’integrazione della parte teorica (60% del voto finale) con quella di Laboratorio. La valutazione della parte di Laboratorio si basa sui report delle esperienze svolte (20% del voto finale) e sui risultati ottenuti in una prova incognita di Laboratorio (20% del voto finale). La prova di laboratorio si basa su una determinazione volumetrica di una soluzione incognita. Durante l’esecuzione della prova è consentito solo l’uso del quaderno di laboratorio e di nessun altro materiale di supporto (slide, dispense, ecc). Il voto di laboratorio è la media tra i voti dei report e il voto della prova finale.

L'esame sarà superato se il punteggio ottenuto nella prova scritta sarà superiore o uguale a 18/30; in tale caso il punteggio finale sarà determinato dalla media, pesata in base ai crediti assegnati, dei punteggi ottenuti nella prova scritta e nell'attività di laboratorio.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Le attività didattiche si avvalgono di supporti quali videoproiezione, laboratori chimici, software di elaborazione dati, manuale delle esperienze. Il materiale didattico presentato è disponibile per gli studenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Isacco Gualandi

Consulta il sito web di Sergio Zappoli

Consulta il sito web di Federica Mariani