Alogenuri di piombo in microscala

Quando si sperimenta in un home lab è spesso conveniente lavorare in semi-micro o microscala, ovvero con quantitativi di reagenti fra il grammo e il milligrammo. Nella produzione di alogenuri di piombo ciò è doppiamente conveniente, per evitare di esporsi troppo ai sali di piombo e per contenere il consumo degli alogenuri alcalini impiegati.

Gli alogenuri di piombo sono dei composti inorganici abbastanza insolubili in acqua e molto insolubili in alcuni solventi organici:

• PbF₂ S: 0.06 g/100 mL H₂O a 20°C

• PbCl₂ S: 0.1 g/100 mL H₂O a 20°C

• PbBr₂ S: 0.5 g/100 mL H₂O a 20°C

• PbI₂ S: 0.07 g/100 mL H₂O a 20°C

Si producono per doppio scambio tra un sale di Pb(II) solubile e un alogenuro solubile:

Pb²⁺ + 2Cl^- ⇌ PbCl₂

Si solvatano facilmente in soluzioni acide e/o in eccesso nei loro anioni, per formazione di alogenocomplessi solubili. Ad esempio,

PbCl₂ + Cl^- ⇌ PbCl₃^-.

Le sintesi, svolte in microscala all'interno di vial da 20 mL, sono scalate per ottenere 0.5 g di alogenuro di Pb teorici.

I reagenti impiegati sono:

• Piombo (II) nitrato ca. 0.3 - 0.7 g

• Sodio fluoruro ca. 0.2 g

• Potassio cloruro ca. 0.3 g

• Potassio bromuro ca. 0.4 g

• Potassio ioduro ca. 0.4 g

• Acqua deionizzata, o perlomeno senza cloruri.

Il procedimento è identico per tutte:

• Pesare nitrato di Pb e alogenuro alcalino in due vial separate;

• Sciogliere ciascun composto con la minima quantità di acqua deionizzata (non più di 2-3 mL);

• Se la soluzione di nitrato di Pb presenta precipitati bianchi (l'acqua o il sale erano contaminati da cloruri o solfati) filtrare in pasteur lavando con non più di 5 mL di acqua;

• Unire le due soluzioni, lavare le vial con pochi mL di acqua e filtrare su carta;

• Lavare il precipitato con non più di 10-20 mL di acqua fredda e non più di 5-10 mL di solvente organico.

PbF₂

0.5 g di PbF₂ mw = 245.20 g/mol sono 2.039 mmol.

Ci servono quindi 2.039 mmol di Pb(NO₃)₂ mw = 331.209 g/mol, quindi 0.6753 g.

Ci servono inoltre 2*2.039 mmol = 4.078 mmol NaF mw = 41.988 g/mol, quindi 0.1712 g.

0.6755 g di Pb(NO₃)₂ sono sciolti in una vial da 20 mL con 3 mL di acqua. Il tutto è filtrato in pasteur e lavato con 5 mL di acqua. 0.1734 g di NaF sono sciolti in un contenitore di plastica da 20 mL con 2 mL di acqua. Unendo il fluoruro al Pb(II) si osserva la precipitazione di un finissimo solido bianco, che viene filtrato su carta e lavato con 20 mL di acqua e 5 mL di acetone. Il tutto è seccato su CaCl₂.

Si ottengono 0.4640 g di PbF₂, per una resa del 92.7% sul nitrato di piombo.

PbCl₂

0.5 g di PbCl₂ mw = 278.10 g/mol sono 1.7979 mmol.

Ci servono quindi 1.7979 mmol di Pb(NO₃)₂ mw = 331.209 g/mol, quindi 0.5954 g.

Ci servono inoltre 2*1.7979 mmol = 3.5958 mmol KCl mw = 74.551 g/mol, quindi 0.2680 g.

0.5921 g di Pb(NO₃)₂ sono sciolti in una vial da 20 mL con 3 mL di acqua. Il tutto è filtrato in pasteur e lavato con 5 mL di acqua. 0.2835 g di KCl sono sciolti in una vial da 20 mL con 2 mL di acqua. Unendo il cloruro al Pb(II) si osserva la precipitazione di un lattiginoso solido bianco, che viene filtrato su carta e lavato con 5 mL di acqua e 4 mL di EtOH 96%. Il tutto è seccato su CaCl₂.

Si ottengono 0.3211 g di PbCl₂, per una resa del 64.5% sul nitrato di piombo.

PbBr₂

0.5 g di PbBr₂ mw = 367.01 g/mol sono 1.362 mmol.

Ci servono quindi 1.362 mmol di Pb(NO₃)₂ mw = 331.209 g/mol, quindi 0.4512 g.

Ci servono inoltre 2*1.362 mmol = 2.724 mmol KBr mw = 119.01 g/mol, quindi 0.3242 g.

0.4556 g di Pb(NO₃)₂ sono sciolti in una vial da 20 mL con 2 mL di acqua. Il tutto è filtrato in pasteur e lavato con 5 mL di acqua. 0.3413 g di KBr sono sciolti in una vial da 20 mL con 1 mL di acqua. Unendo il bromuro al Pb(II) si osserva la precipitazione di un perlescente e cristallino solido bianco, che sedimenta molto velocemente e viene filtrato su carta e lavato con 5 mL di acqua e 2 mL di EtOH 96%. Il tutto è seccato su CaCl₂.

Si ottengono 0.2260 g di PbBr₂, per una resa del 44.76% sul nitrato di piombo.

PbI₂

0.5 g di PbI₂ mw = 461.01 g/mol sono 1.0845 mmol.

Ci servono quindi 1.0845 mmol di Pb(NO₃)₂ mw = 331.209 g/mol, quindi 0.3592 g.

Ci servono inoltre 2*1.0845 mmol = 2.1691 mmol KI mw = 166.00 g/mol, quindi 0.3600 g.

0.3488 g di Pb(NO₃)₂ sono sciolti in una vial da 20 mL con 2 mL di acqua. Il tutto è filtrato in pasteur e lavato con 5 mL di acqua. 0.3912 g di KI sono sciolti in una vial da 20 mL con 1 mL di acqua. Unendo lo ioduro al Pb(II) si osserva la precipitazione di un fine solido giallo limone che viene filtrato su carta e lavato con 5 mL di EtOH 96%. Il tutto è seccato su CaCl₂.

Si ottengono 0.4620 g di PbI₂, per una resa del 95.1% sul nitrato di piombo.

Come è evidente, la resa è abbastanza bassa per cloruro e bromuro: ciò è probabilmente dovuto al fatto che in queste due sintesi si è lavorato in leggerissimo eccesso di alogenuro alcalino: poiché si lavora con bassissime quantità di materia, è probabile che il leggero eccesso abbia portato in soluzione (grazie all'equilibrio all'inizio descritto) una parte del precipitato.

le acque di lavaggio sono state raccolte e trattate con KI, per rimuovere e recuperare il Pb(II).