Standard secondari
Gli standard secondari sono sostanze chimiche utilizzate in chimica analitica nell’ambito delle determinazioni volumetriche che sono stati standardizzati con uno standard primario. Pertanto gli standard secondari sono soluzioni inizialmente preparate a titolo approssimato in quanto il soluto non presenta le caratteristiche tipiche degli standard primari e successivamente standardizzate.
Gli standard secondari presentano, rispetto agli standard primari, un minor grado di purezza, una minore stabilità, una maggiore reattività ed inoltre le loro proprietà potrebbero cambiare nel tempo. Pertanto gli standard secondari vengono generalmente preparati sciogliendo una massa o un volume noto dello standard secondario in un solvente adatto e quindi standardizzando la soluzione utilizzando uno standard primario.
Tra gli strumenti utilizzati dall’industria farmaceutica, gli standard primari e gli standard secondari sono spesso considerati fondamentali, poiché è attraverso queste sostanze che l’identificazione e il dosaggio di tutti i farmaci vengono determinati con certezza.
Queste sostanze, tuttavia, hanno ruoli diversi nella produzione farmaceutica: gli standard di riferimento primari sono sostanze prodotte e testate per la conformità da una fonte certificata di alta qualità e fornite con il rispettivo Certificato di Analisi. Gli standard di riferimento secondari sono sostanze preparate rispetto a una sostanza di riferimento primaria. Possono essere forniti dai produttori e sono anche indicati come standard di lavoro. Le fonti certificate da cui si possono ottenere questi standard di riferimento di qualità sono la Farmacopea Britannica (BP), la Farmacopea degli Stati Uniti (USP), e la Farmacopea Europea (EP).
Titolazioni e standard primari
Le titolazioni sono una tecnica di analisi chimica volumetrica che risalgono alla fine del XVIII secolo quando il chimico francese François-Antoine-Henri Descroizilles creò la prima buretta, simile a un cilindro graduato, nel 1791. La validità di questo procedimento analitico dipende quindi dalla conoscenza della quantità di uno dei reagenti utilizzati.
Tuttavia, la maggior parte delle soluzioni che sono abitualmente usate nelle titolazioni non sono soluzioni a titolo noto. Pochi soluti, infatti, godono delle caratteristiche di uno standard primario in quanto possono, ad esempio, non avere un elevato grado di purezza, essere igroscopici, sensibili alla luce, reagire con il biossido di carbonio presente nell’aria o tendono a ossidarsi.
Pertanto una tale soluzione deve essere preventivamente standardizzata ed è necessaria una scelta dello standard primario. Una volta che la soluzione è stata standardizzata essa diventa uno standard secondario che può essere utilizzato nella titolazione. La scelta dello standard primario deve essere fatta tenendo conto che esso, oltre a dover rispondere a determinati requisiti quali un alto grado di purezza, assenza di tossicità, elevata stabilità scarsa reattività con gli agenti atmosferici ed elevata solubilità deve reagire in maniera quantitativa con il soluto contenuto nella soluzione da standardizzare.
Esempi di standard secondari
Tra gli standard secondari più comuni vi è l’acido cloridrico che non è uno standard primario in quanto viene commercializzato concentrato al 37% m/m con una densità di 1.19 g/mL. Ciò implica che sono contenuti 37 g di HCl in 100 g di soluzione il cui volume V = 100 g/1.19 g/mL = 84 mL. Pertanto le cifre significative sono solo due e ciò implica che della soluzione di HCl concentrata si può calcolare la concentrazione molare solo con due cifre significative che sono troppo poche per poter considerare l’acido come uno standard primario.
Pertanto l’acido cloridrico deve essere standardizzato usando come standard primario il carbonato di sodio che reagisce con l’acido cloridrico in rapporto 1:2 al viraggio del metilarancio secondo la reazione:
Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2
La standardizzazione di HCl con il borace è una metodica alternativa in cui la reazione complessiva è: La reazione complessiva tra borace e acido cloridrico è:
Na2B4O7 ∙ 10 H2O + 2 HCl → 2 NaCl + 4 H3BO3 + 5 H2O
Un altro degli standard secondari molto utilizzato è l’idrossido di sodio che, tuttavia, è una sostanza igroscopica la cui massa non può quindi essere pesata con un’accuratezza tale da ottenere una standard primario a concentrazione nota. Si deve pertanto ricorrere alla sua standardizzazione mediante uno standard primario che, nella fattispecie, è il biftalato di potassio
Lo ione biftalato reagisce con l’idrossido di sodio secondo la reazione che, scritta in forma ionica, è la seguente:
HC8H4O– + OH– → C8H4O2- + H2O
Il rapporto stechiometrico è di 1:1 e il punto finale della titolazione è evidenziato dal viraggio della fenolftaleina. In alternativa allo ftalato acido di potassio si può utilizzare quale standard primario l’acido benzoico o l’acido ossalico.
Nelle titolazioni ossidimetriche uno degli standard secondari maggiormente utilizzati è il permanganato di potassio. La permanganometria si basa sulla semireazione di riduzione dello ione permanganato in cui il manganese, che si trova con numero di ossidazione +7, passa a manganese (II) secondo la semireazione di riduzione:
MnO4– + 8 H+ + 5 e– → Mn2+ + 4 H2O
che ha un potenziale normale di riduzione di + 1.507 V e pertanto il permanganato ha un elevato potere ossidante.
Tuttavia il permanganato di potassio non è uno standard primario contenendo impurezze di MnO2 e pertanto deve essere standardizzato. La scelta dell’indicatore per la standardizzazione del permanganato cade in genere sull’ossalato di sodio, ma si può utilizzare, in alternativa, il sale di Mohr o il triossido di arsenico.
Nella standardizzazione del permanganato con il sale di Mohr quest’ultimo agisce da agente riducente mentre il permanganato agisce da agente ossidante. Infatti nella reazione quantitativa tra permanganato e sale di Mohr il manganese passa da numero di ossidazione +7 a numero di ossidazione +2 mentre il ferro passa da numero di ossidazione +2 a numero di ossidazione +3.
La reazione complessiva, scritta in forma molecolare, che avviene nella standardizzazione del permanganato con il sale di Mohr è:
2 KMnO4 + 10 (NH4)2Fe(SO4)2 · 6 H2O + 8 H2SO4 → K2SO4 + 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + 10 (NH4)2SO4 + 68 H2O
Nelle titolazioni complessometriche, largamente utilizzate per la determinazione della durezza delle acque l’agente complessante di molti tipi di ioni e, in particolare, del calcio e del magnesio tipicamente utilizzato è l’EDTA ovvero l’acido etilendiamminotetraacetico che non è uno standard primario perché è scarsamente solubile in acqua. I migliori risultati si ottengono standardizzando la soluzione di EDTA utilizzando lo stesso metodo e lo stesso catione che è successivamente determinato.
Pertanto la standardizzazione dell’EDTA viene effettuata abitualmente utilizzando il carbonato di calcio quale standard primario, ma, in alternativa può essere utilizzato il solfato di magnesio, il cloruro di calcio, il solfato di zinco e l’ossido di zinco.
Tra gli esempi di standard secondari vi è il nitrato di argento utilizzato nelle titolazioni per precipitazione per la determinazione, in genere, dei cloruri. Tuttavia il nitrato di argento non è uno standard primario in quanto è sensibile alla luce e perché lo ione argento ridursi ad argento metallico e viene, in genere standardizzato con il cloruro di sodio.
