Punto Di Fusione

5/25/2018 Punto Di Fusione

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DETERMINAZIONE DEL

PUNTO DI FUSIONE


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PASSAGGI DI STATO


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I passaggi di stato

sublimazione

brinamento

fusione

evaporazione

condensazione

solido

liquido

aeriforme

solidificazione


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Una importante costante delle sostanze il punto di fusione, che

insieme al punto di ebollizione e al punto di solidificazione costituisceun indice termico fondamentale per la loro caratterizzazione. Per molte

sostanze la determinazione del punto di fusione pu essere effettuata

con grande precisione.


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Il punto di fusione una propriet fisica utilizzata per identificare un

composto e determinare la sua purezza.

PUNTO DI FUSIONE= temperatura alla quale un solido e un liquido sonoin equilibrio a 1 atm di pressione.

Al punto di fusione una sostanza passa dallo stato solido ordinato allo statoliquido disordinato. Maggiori sono le forze di attrazione tra le particelle che

formano il reticolo, maggiore la quantit di energia necessaria a vincerle.

La temperatura di fusione di una sostanza solida cristallina ci informa quindisulla solidit del reticolo. Pi alta tale temperatura, maggiore la coesione

del reticolo.

DeterminazioneIl punto di fusione si misura guardando fondere il prodotto organico in un

apparecchio munito di termometro. Quando avviene la fusione si legge e si

annota la temperatura alla quale avvenuta. Per poter individuare questatemperatura il composto organico si introduce in un piccolo capillare. Il

capillare viene posto in un apparecchiatura opportuna (apparecchio per lamisura del punto di fusione)


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PERCHE DETERMINAZIONE IL

PUNTO DI FUSIONE


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IDENTIFICAZIONE

Le sostanze pure hanno un punto di fusione definito con precisione.I corrispondenti valori si possono conoscere consultando apposite

raccolte di tabelle.

Determinando il punto di fusione quindi possibile stabilire lidentit di

una sostanza. Basta confrontare il punto di fusione, determinato

sperimentalmente, con i dati riportati nella letteratura.

Spesso per la determinazione del punto di fusione non sufficiente peridentificare in modo univoco una sostanza, perch per esempio pi

sostanze hanno la stessa temperatura di fusione. In questo caso ladeterminazione del punto di fusione in miscela a dare indicazioni definitive

per lidentificazione della sostanza.


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PUREZZA

La presenza di pur minime impurit in una sostanza causa un

abbassamento del punto di fusione, o almeno un ampliamentodellintervallo di fusione (la sostanza fonde allinterno di un intervallo di

temperature, anzich ad un punto di fusione ben determinato).

Questo fenomeno viene sfruttato per ottenere indicazioni sulla purezza diuna sostanza. Pi il punto di fusione di una sostanza vicino a quello

riportato nelle tabelle e minore lintervallo di fusione, pi pura la

sostanza.

STABILITA AL CALORE

Molte sostanze si modificano alle alte temperature, per esempio

decomponendosi o decolorandosi. Grazie al metodo per la determinazione

del punto di fusione, possibile stabilire fino a che temperatura possibileriscaldare una sostanza senza che subisca alterazioni chimiche. Questo

valore esprime la stabilit al calore della sostanza e pu quindi fornire utiliindicazioni riguardo alla possibile temperatura di essiccazione


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Se sono presente delle impurezze di norma c unabbassamento del punto di fusione

T C

Composizione

Composto A

Composto B


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CHI USA IL PUNTO DI FUSIONE


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Cosa succede durante la fusione?

Per fondere una sostanza necessario rompere il suo reticolo; ci significa

che bisogna fornire lenergia da contrapporre alle forze di attrazione chetengono unite le particelle. Pi forti sono le forze che agiscono tra le

particelle, maggiore la quantit di energia necessaria per rompere

lordine del reticolo.Le particelle allinterno di un reticolo cristallino non stanno esattamente

ferme, ma vibrano attorno alle loro posizioni fisse nello spazio (movimento

termico).Maggiore lenergia (calore) fornita, maggiore la quantit di energia di

cui le particelle dispongono e maggiori sono le loro vibrazioni.Per via dellaccentuazione del movimento con laumentare del calore le

particelle necessitano di pi spazio, la sostanza si dilata.In fine al punto di fusione di una sostanza le vibrazioni delle particelle

cristalline sono cos forti che le forze reticolari non sono pi sufficienti a

mantenerne la disposizione regolare la sostanza solida fonde.

Si definisce punto di fusione di una sostanza la temperaturaalla quale, a normale pressione atmosferica (101,3 kPa), si

stabilisce lequilibrio solido- liquido.


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DIAGRAMMA DELLA TEMPERATURA / ENERGIA


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La sostanza solida al punto di fusione si trova quindi in equilibrio con illiquido o, espresso altrimenti: nel punto di fusione il liquido e il solido hanno

la stessa tensione di vapore.

Durante la fusione le molecole di una sostanza non vengono separate

completamente (come nellebollizione), e il cambiamento di volume

relativamente ridotto. Non quindi necessario agire sul volume contro lapressione atmosferica; una leggera modifica della pressione influenza il

punto di fusione di una sostanza solo limitatamente. La pressione esternapu quindi essere trascurata nella determinazione del punto di fusione.

Il calore che viene fornito ad una sostanza durante il processo di fusione

non causa alcun cambiamento della temperatura, poich la totalitdellenergia termica necessaria per il superamento delle forze di attrazione

esistenti tra le particelle.


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Punto di fusione e calore molare di fusione di alcune importanti sostanze.


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Punto di fusione Intervallo di fusione

Le sostanze pure (composti molecolari, sali) hanno un punto di fusione netto

ossia esattamente definito: ci significa che il cambiamento di temperaturadal solido al liquido avviene nellambito di un intervallo di temperature molto

piccolo di 0.5 1 C. Al di sotto del punto di fusione la sostanza resta solida e

al di sopra si presenta sotto forma di liquido.La temperatura di fusione di una sostanza cristallina dipende dalla stabilit

del suo reticolo: maggiori sono le forze di attrazione tra le particelleallinterno del reticolo, pi elevata la temperatura di fusione.

Le sostanze solide amorfe non hanno un punto di fusione netto, esse fondonoin un intervallo di temperature pi ampio, allinterno del quale il corpo amorfodiventa molle e in seguito liquido.

Anche nelle sostanze impure il cambiamento di fase da solido a liquidoavviene in un intervallo di temperature che pu essere anche di parecchi

gradi.

Di regola, un intervallo di fusione ampio in genere un segnale del fatto che

la sostanza impura. Pu per anche indicare che la sostanza durante ilprocesso di fusione si decompone.Il comportamento di una sostanza durante la fusione fornisce quindi una

prima indicazione sulla sua purezza; il punto di fusione di una sostanza pura

serve ad identificarla.


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Abbassamento del punto di fusione

Anche minime quantit di impurit causano un cambiamento del

comportamento di una sostanza pura durante la fusione. Le impurit

abbassano il punto di fusione di una sostanza pura (abbassamento del

punto di fusione), e producono in genere anche un notevole ampliamento

dellintervallo di fusione.

La teoria dellabbassamento del punto di fusione va ricondotta al

fenomeno della tensione di vapore: lo spostamento della curva della

tensione di vapore, causato dalla contaminazione di una sostanza,

produce un abbassamento del punto di fusione. Le impurit solubili

indeboliscono quindi le forze di reticolo di un corpo solido. Questa

relazione rappresentata graficamente nella figura seguente.


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Punto di fusione in miscela

Il fenomeno dellabbassamento del punto di fusione viene sfruttato per

determinare lidentit di sostanze pure sconosciute. Se per esempio si

determina che il punto di fusione di una sostanza sconosciuta A di 180 C

consultando le apposite tabelle si pu vedere che esso corrisponde a quello

di 10 diverse sostanze.

Attraverso la determinazione del punto di fusione in miscela possibile

identificare la sostanza A: si mischia A con piccole quantit di altre sostanze,

una dopo laltra e si determina per ognuna il punto di fusione in miscela. Se

il punto di fusione di A si abbassa attraverso la miscelazione con unaltra

sostanza B non pu trattarsi della stessa sostanza. Se il punto di fusione di A

non cambia, la sostanza B che stata aggiunta uguale alla sostanza A, edA cos identificata.


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Punto eutettico

Due o pi sostanze che insieme formano una fusione omogenea (ma che

non sono per miscibili allo stato solido dato che si tratta in entrambi i casi

di componenti puri), si comportano in modo eutettico in un determinato

rapporto di miscelazione. Ci significa che esiste un rapporto di

miscelazione di queste sostanze che durante la fusione si comportano comeuna sostanza pura e che hanno quindi un punto di fusione definito con

precisione.


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METODI PER LA DETERMINAZIONE DEL PUNTO DI FUSIONE

Le norme per lesecuzione della determinazione del punto di fusione sono

fissate nelle farmacopee.I testi concordano nellindicare il metodo del tubo capillare come metodobase per la determinazione del punto di fusione e le farmacopee spiegano

anche i requisiti minimi necessari per le apparecchiature e per il

procedimento di determinazione. Oltre al metodo del tubo capillare lefarmacopee descrivono anche altri metodi che possono essere utilizzati, in

casi particolari, per la determinazione del punto di fusione.

Determinazione del punto di fusione nel tubo capillare

Per temperatura di fusione col metodo del tubo capillare, si intende latemperatura alla quale lultima particella solida di una colonna compatta

della sostanza passa alla fase liquida allinterno del tubicino del punto di

fusione. La determinazione avviene quindi attraverso il cosiddetto punto difusione trasparente, dato che esso costituisce un criterio inequivocabile

per la determinazione del punto di fusione.


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Il metodo standard del tubo capillare, descritto nelle farmacopee, si basa

su un bagno di liquido riscaldabile, dotato di un termometro per la

misurazione della temperatura. Un tubo capillare in vetro, contenente la

sostanza da analizzare, viene introdotto nel liquido in modo tale che lasostanza si trovi vicino al bulbo di mercurio del termometro. Al

raggiungimento del punto di fusione trasparente, viene letta la temperatura

indicata dal termometro.

Il metodo del tubo capillare, descritto nelle farmacopee, si basa sulla

rilevazione visiva del punto di fusione. Gli apparecchi per la

determinazione del punto di fusione pi moderni consentono oggi, oltrealla tradizionale determinazione visiva, anche la rilevazione automatica del

punto di fusione. Oltre al metodo del tubo capillare, le farmacopee

prevedono anche un altro metodo, che pu essere utilizzato per la

determinazione del punto di fusioni in certi casi particolari il

cosiddetto metodo del tubo capillare aperto (punto di fusione

ascendente). Questo metodo significativo soprattutto per l

analisi digrassi solidi (per es. miscele di diversi gliceridi), poich in questo caso ci

che si osserva durante il riscaldamento non il punto di fusione vero e

proprio, ma un progressivo rammollimento e scioglimento della sostanza,

descritto nelle farmacopee.


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Apparecchio di Thiele


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Determinazione del punto di fusione nel bicchieree nellapparecchiatura di Thiele.


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Punto di fusione immediato

Ci sono sostanze che durante il processo di fusione si decompongono oche hanno la tendenza ad effettuare modificazioni polimorfe. Per queste

sostanze il metodo del tubo capillare non adatto; per questo motivo lafarmacopea prevede in questi casi il metodo del punto di fusione

immediato. Con questo metodo non si ha alcun effetto della temperatura

sulla sostanza prima del raggiungimento del suo punto di fusione.Il metodo si basa sul principio di un blocco di metallo riscaldabile (per es. in

ottone) che viene riscaldato in modo uniforme. Alcuni cristalli dellasostanza da analizzare vengono sparsi su questo blocco ad intervalli

regolari.

La prima temperatura alla quale la sostanza fonde immediatamente quandotocca il metallo viene letta come t1.

Il riscaldamento viene disinserito e durante il raffreddamento si continuanoa spargere piccoli campioni della sostanza sul blocco ad intervalli regolari.

t2 la temperatura alla quale la sostanza smette di fondere immediatamente

quando tocca il metallo. Il punto di fusione immediato risulta quindi dallaformula


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In pratica ci sono principalmente due versioni particolarmente affidabilidel blocco di metallo: il Bloc Maquenne, rettangolare, utilizzato

soprattutto in Francia e il blocco del DAB7, pi comune in Germania. Ilblocco riscaldante di Kofler adatto soprattutto per la determinazione in

serie del punto di fusione immediato, senza particolari esigenze diprecisione nella misurazione. I diversi apparecchi sono raffigurati nellafigura successiva.


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Determinazione del punto di fusione secondo laFarmacopea

Le istruzioni per la determinazione del punto di fusione che si trovano nelle

farmacopee richiedono un incremento di riscaldamento del bagno (o delblocco riscaldante), in prossimit della temperatura di fusione atteso, di

circa 1 C/Minuto. Grazie a questo incremento di riscaldamento lento e alcontinuo mescolamento del liquido riscaldante, si intende garantire che il

campione si avvicini il pi possibile alla temperatura del bagno. Tuttavia

non possibile in genere evitare che si mantenga una differenza ditemperatura di circa 1 C tra il campione e il liquido del bagno.

Per la determinazione del punto di fusione, come descritto nellafarmacopea, si legge la temperatura del termometro al raggiungimento del

punto di fusione trasparente.

Questa non la temperatura del campione bens quella del liquido delbagno (o del blocco riscaldante) al momento del punto di fusione

trasparente.Se il punto di fusione di un campione viene rilevato con diverse velocit di

riscaldamento, si evidenzia una dipendenza dei punti di fusione cos

determinati dal gradiente di temperatura: pi velocemente aumenta ilriscaldamento, pi alti sono i valori dei punti di fusione rilevati.


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Dipendenza del punto di fusione dalla velocit diriscaldamento misurata secondo la farmacopea.


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Apparecchi per la determinazione del punto di fusione

nel corso degli anni


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KoflerFisher-Jons

Apparecchi a piastre o blocchi metallici

per la determinazione del punto di fusione


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Preparazione dei campioni

La sostanza da analizzare deve essere ben asciutta, omogenea e sotto

forma di polvere. I campioni umidi devono essere prima essiccati (nelle

farmacopee viene in genere prescritto di essiccare la sostanza per 24 ore

sotto vuoto con gel di silice R); i campioni a cristalli grossolani o non

omogenei devono essere polverizzati finemente nel mortaio.

I tubi capillari si riempiono spingendo lestremit aperta nella sostanza.

Battendo poi pi volte il tubicino su una superficie dura si comprime la

sostanza sul fondo del tubo capillare. Lo stesso risultato si ottiene facendo

cadere il tubicino sul tavolo attraverso un tubo di vetro lungo circa 1 metro.

Nel tubo capillare deve essere introdotta una quantit della sostanza tale da

formare una colonna compatta di 46 mm di altezza (per misurazioni di

precisione si consigliano 5 mm). Per ottenere risultati confrontabili

importante che il livello di riempimento sia uguale in tutti e tre i tubi capillari

e che la sostanza allinterno del tubo sia ben compatta (se necessario si

pu usare un filo rigido per comprimere la sostanza nel capillare). Per

lanalisi di sostanze igroscopiche lestremit aperta del tubo capillare deve

essere chiusa mediante fusione.


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Criteri di purezza: il punto di fusione

Il composto posto nel capillare

Composto organico

Sul fondo (poco!)


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Il Punto di Fusione CORRETTO e NON CORRETTO:

Quando si usa un termometro a mercurio si deve tener presente che

il mercurio presente nella zona del termometro immerso

nellapparecchio risente di una differente dilatazione alleffetto

riscaldante.

Tc = To + n(To Tm)0,00016

Tc = temperatura corretta

To = Temperatura osservataTm = Temperatura media della colonna termometrica

n = numero di gradi della scala termometrica compresi tra la superficie del bagno e la To0,00016 = Costante riferita ad un termometro a vetro.


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Punto di Fusione e

Determinazione

del Peso Molecolare


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Quando un soluto disciolto in un solvente la temperatura di congelamentodel solvente pi bassa rispetto al solvente puro e in ordine a quanto pi

solvente disciolto.Questa propriet conosciuta anche come abbassamento del punto di

congelamento ed una propriet colligativa, ossia esso dipende dallaquantit di soluto disciolto nel solvente e non dalla natura della sostanza

stessa.

Dove !T la differenza tra il punto di congelamento ed il valore in presenzadi un soluto; Kf una costante specifica del punto di congelamento ed

tipica di ogni solvente; m la molalit del solvente. Si usa la molalit poichessa non dipende dal volume che pu variare al variare della temperatura.

molalit (m) = moli di soluto/ Kg di solvente


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Da cui si evince che:

Peso Molecolare = Massa / Moli

E pertanto possibile calcolare il peso molecolare di una sostanza incognita.

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