Coordinamento e redazione: proff. Lucio Milani e Simona Pieracci
(a cura della classe 3C CHIMICI)

1. Introduzione
(a cura di Bartolommei A., La Rosa L., Paolicchi Pierini L., Tognalini L.)

L’acido citrico, noto anche come: acido 2-idrossi-1,2,3-propantricarbossilico, è una sostanza solida, incolore, un acido tricarbossilico di Brønsted-Lowry, con formula bruta C₆H₈O_7, solubile in acqua in un ampio intervallo di Ph. Sebbene l’acido citrico sia uno degli acidi più diffusi negli organismi vegetali, quando è puro (solido in polvere) oppure in soluzione concentrata; deve essere maneggiato con cautela perché è irritante per contatto con la pelle e con gli occhi. Per il suo utilizzo occorre quindi un abbigliamento protettivo. Dato che questa sostanza è utilizzata come additivo alimentare (vedi funzioni e applicazioni), un consumo eccessivo può intaccare lo smalto dentale. Esso si trova in tracce nella frutta, soprattutto del genere Citrus (limoni, arance, pompelmi, mandarini, cedri). È presente anche nei legni, nei funghi, nel tabacco, nel vino e persino nel latte. Ogni anno vengono prodotti più di un milione di tonnellate di acido citrico ed è ampiamente utilizzato come igienizzante, acidificante, acido per il restauro e chelante. I derivati dell’acido citrico vengono chiamati citrati.

1.1 Caratteristiche chimico fisiche 
Ha temperatura di ebollizione di 310°C, temperatura di fusione di 153°C e densità di 1,542 g/cm^3

1.2 Simboli di pericolo

Frasi H: 319
Consigli P: 280 – 305+351+338 – 337+313

1.3 Funzioni e applicazioni

L’acido citrico ha la proprietà di ridurre la durezza dell’acqua, e per la sua azione anticalcare viene utilizzato in ammorbidenti eco-sostenibili per il lavaggio in lavatrice e come disincrostante per le tubazioni anche in prodotti per la pulizia di ambienti industriali professionali.
Poiché è uno degli acidi commestibili più forti, l’acido citrico è utilizzato come aroma e come conservante nei cibi e nelle bevande, specialmente nelle bibite e nelle caramelle. Nell’industria alimentare è usato con la denominazione E330 come acidulante e per correggere il pH (caratteristica sfruttata anche in campo cosmetico) di coloranti basici oppure come emulsionante, ad esempio nei gelati come sostituto del succo di limone; può inoltre evitare la precipitazione dello zucchero nel caramello. È impiegato anche in bibite, prodotti di confetteria, gelatine, marmellate, birre e, congiuntamente al sodio bicarbonato, in preparazioni effervescenti.

In campo farmacologico viene usato come anticoagulante nella conservazione del sangue e come conservante in preparati farmaceutici (medicinali). I sali di citrato dei metalli sono usati per fornire i minerali in forma biologicamente più disponibile in molti integratori alimentari.

In biochimica l’acido citrico svolge un ruolo fondamentale, in quanto è presente in tutti i tessuti animali ed entra a far parte del ciclo di Krebs. Infatti, nella fase preliminare del ciclo di Krebs, l’acido piruvico viene trasformato in unità di acetato attivo che nella prima fase del ciclo si combina a sua volta con l’acido ossalacetico formando appunto l’acido citrico.

2. Valori nutrizionali del succo di limone e determinazione della concentrazione dell’acido citrico
( a cura di Cappioli M., Moretti C., Nosheen H.)

2.1 Valori nutrizionali

L’acido citrico è una delle principali sostanze del succo di limone. All’interno di quest’ultimo però, si possono trovare anche altri componenti riportati nel grafico e nella tabella sottostanti. (I valori si riferiscono a 100 grammi di prodotto)

2.2 Determinazione della concentrazione

La prima parte dell’esperimento consiste nel determinare la concentrazione percentuale dell’acido citrico presente nei limoni (solitamente si aggira intorno al 4-7% in base al tipo di limoni e al loro grado di maturazione)  attraverso una titolazione con NaOH.
Per prima cosa, dopo aver spremuto i limoni e averli privati della fibra attraverso una filtrazione con un colino, abbiamo prelevato 2 ml di succo e aggiunto 100 ml di acqua distillata in una beuta.
Dopo aver aggiunto anche qualche goccia di fenoftaleina come indicatore per verificare il punto di viraggio (cambio di colore) si è titolato utilizzando NaOH 0,1M come titolante.
Una volta giunti al punto di viraggio, abbiamo annotato il volume di titolante : 0,0201 L.
In seguito sono state calcolate le moli di NaOH: V(L)*M= 0,0201 L * 0,1M = 0,00201 mol.
La reazione effettuata è la seguente : C₆H₈O₇ + 3NaOH → Na₃C₆H₅O_{7 +}  3H₂O

Dal rapporto stechiometrico notiamo che le moli acido citrico (C₆H₈O₇ ) sono ⅓ delle moli di NaOH, quindi possiamo calcolarle: mol di C₆H₈O_{7 =}  0,00201 mol : 3 = 0,00067 mol.
Attraverso la seguente formula sono stati ricavati i grammi:
mol*MM(massa molare) = 0,00067 mol* 192,13 g/mol= 0,129 g  di acido citrico.
Infine per calcolare la % m/V ci siano serviti della seguente proporzione
0,129 g : 2 ml (di partenza) = x : 100ml   (dove x è la concentrazione percentuale in g/mL)
Concentrazione = 6,45%.
Il nostro dato quindi è coerente con i valori medi di concentrazione presenti in letteratura che, come detto precedentemente può andare dal 4 al 7%

3. Procedura per l’estrazione chimica
(a cura di Chilleri A., Furnari A., Gelli L., Naim Jabed H., Raffi M.)

Dopo aver calcolato la percentuale m/v di acido citrico, ad una nuova aliquota di succo di limone, viene aggiunto  idrossido di sodio (NaOH) fino a pH=10, misurato con la cartina tornasole. A fine aggiunte si nota un cambiamento di colore: il succo passa dal classico giallo ad un colore bruno (foto 1).

La reazione acido-base è la seguente:
C₆ H₈ O₇ + 3NaOH →  Na₃ C₆ H₅ O₇ + 3H₂ O
Si forma il citrato di sodio (Na₃ C₆ H₅ O₇), un sale solubile in acqua; si sono inoltre formate sostanze gelatinose prodotte in seguito alla reazione dell’NaOH con altre sostanze presenti nel succo. Queste sostanze devono essere eliminate tramite filtrazione con un colino. Il citrato di sodio essendo solubile passa attraverso il filtro e rimane nella fase liquida.
Il passaggio successivo è stato quello di ottenere un sale insolubile per poterlo avere in forma solida: è stato quindi aggiunto cloruro di calcio (CaCl₂) che ha reagito con il citrato di sodio per formare il citrato di calcio (Ca₃ (C₆ H₅ O₇)₂) secondo la seguente reazione di doppio scambio :
Na₃ C₆ H₅ O₇ + 3CaCl₂  → Ca₃ (C₆ H₅ O₇)₂ ↓+ 6NaCl
È possibile notare la formazione di un precipitato, dovuto al citrato di calcio, insolubile in acqua (foto 2).

La soluzione viene poi fatta bollire dato che il citrato di calcio, ottenuto dalla reazione, è in forma idrata: il riscaldamento ha lo scopo di allontanare le molecole di acqua dai cristalli di citrato per ottenerlo anidro.
In seguito, attraverso l’utilizzo dell’imbuto buchner, si filtra il precipitato, ovvero la parte da utilizzare per proseguire l’esperienza (foto 3 e foto 4).

Al precipitato viene aggiunto acido solforico (H₂ SO₄) con lo scopo di riottenere l’acido citrico. L’acido solforico va utilizzato in quantità stechiometriche inferiori al necessario per evitare che corroda il filtro nel passaggio successivo. La reazione del citrato di calcio con l’acido solforico è la seguente:
Ca₃ (C₆ H₅ O₇)₂  + 3H₂ SO₄  →  2 C₆ H₈ O₇  + 3CaSO₄↓ + H₂ O
Come si nota dalla reazione, oltre all’acido citrico (C₆ H₈ O₇) si è formato anche il solfato di calcio (CaSO₄) che è un precipitato insolubile e va eliminato tramite filtrazione. L’acido citrico essendo solubile va separato dalla fase acquosa tramite riscaldamento a bagnomaria, non oltre gli 80°C per evitare la deformazione dei cristalli. Quando tutta l’acqua è stata allontanata, si lascia essiccare per favorirne la formazione (foto 5); nel caso fosse necessario, si filtra nuovamente. Come ultimo passaggio, dopo l’essiccazione del prodotto ottenuto, si può determinare il punto di fusione dei cristalli per verificare il loro grado di purezza.