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G11 soluzioni e colligative
- 1. Le soluzioni Solvente e soluto Concentrazione e modi di esprimerla Solubilit (solidi, liquidi e gas)
- 2. Soluzioni Le soluzioni sono miscele omogenee di una sostanza, il soluto, in un'altra, il solvente I chimici fanno avvenire la maggiore parte delle loro reazioni in soluzione perch辿 in questo modo i reagenti sono mobili e possono entrare in contatto e reagire
- 3. Misura della concentrazione Quando effettuiamo calcoli stechiometrici riguardanti reazioni che avvengono in soluzione, dobbiamo conoscere quante moli di un soluto sono presenti in un dato volume. Per prevedere l'effetto dei soluti sulle propriet fisiche delle soluzioni, dobbiamo conoscere il numero relativo delle molecole sia del soluto che del solvente, mentre il numero delle molecole di soluto per litro 竪 meno importa
- 5. Importanza della quantit del soluto Si pu嘆 utilizzare sia la concentrazione molare che la concentrazione in massa Per concentrazione molare o molarit si intende il numero di moli di soluto per litro di soluzione L'unit della concentrazione molare 竪 moli per litro (mol/L), scritta M; per basse concentrazioni 竪 spesso conveniente usare il sottomultiplo 1 mM= l0-3 M La concentrazione in massa di una soluzione 竪 la massa del soluto per litro di soluzione, es g/l
- 6. Importanza del numero delle molecole La frazione molare rapporto tra il numero di moli di molecole di un certo tipo e il numero totale di moli di molecole presenti la molalit della soluzione il numero di moli di soluto per chilogrammo di solvente la parte per milione (ppm) il numero di particelle di soluto presenti in 1 milione di molecole di soluzione
- 7. Elettroliti e non-elettroliti Le soluzioni acquose sono le pi湛 importanti, ma le leggi valgono anche per le soluzioni non acquose le sostanze che si sciolgono per dare soluzioni di ioni (per esempio cloruro di sodio) e che conducono elettricit sono dette elettroliti. Invece le sostanze le cui soluzioni non conducono l'elettricit perch辿 il soluto rimane allo stato molecolare (glucosio ed etanolo) sono dette non elettroliti.
- 8. Saturazione e solubilit quando il solvente ha dissolto tutto il soluto possibile ed una parte di questo ultimo resta non disciolta la soluzione 竪 detta satura una soluzione satura 竪 un esempio di equilibrio dinamico in cui un processo diretto in un senso avviene alla stessa velocit del processo inverso una soluzione satura 竪 una soluzione in cui il soluto disciolto 竪 in equilibrio dinamico con quello indisciolto Una soluzione satura rappresenta il limite della capacit del soluto a sciogliersi in una data quantit di solvente, 竪 quindi una misura naturale della solubilit del soluto La solubilit di una data sostanza in un solvente 竪 la concentrazione della soluzione satura dipendono dalla natura del solvente, dalla temperatura e, per i gas, dalla pressione
- 9. Dipendenza della solubilit dal soluto Data, ad esempio, la loro notevole solubilit, molti nitrati si ritrovano raramente nei depositi minerali. La bassa solubilit di molti fosfati 竪 un vantaggio per lo scheletro degli animali e dell'uomo dato che le ossa sono in gran parte costituite da fosfato di calcio gli idrogeno-fosfati sono pi湛 solubili dei fosfati gli idrogeno-carbonati (bicarbonati, HCO3-) sono pi湛 solubili dei carbonati. Lanidride carbonica si scioglie nellacqua, e solubilizza i carbonati,
- 10. Dipendenza della solubilit dalla natura del solvente la dipendenza della solubilit di una sostanza dalla natura chimica del solvente pu嘆 essere riassunta con la regola che il simile scioglie il simile un liquido polare come l'acqua 竪 un solvente molto migliore di uno apolare (tipo il benzene) per composti ionici e polari liquidi non polari quali benzene e tetracloroetilene (C2C14) sono solventi migliori per i composti apolari
- 11. Entalpie di soluzione in soluzioni acquose (kJ/mol)
- 12. Effetto della pressione sulla solubilit dei gas la solubilit dipende dalla pressione esercitata sulla soluzione; la massima dipendenza 竪 dimostrata dai gas, che sono pi湛 solubili a pressioni pi湛 elevate Legge di Henry (1801): la solubilit di un gas in un liquido 竪 proporzionale alla pressione parziale del gas P 竪 la pressione parziale del gas e kH, nota come costante di Henry, dipende dalla natura del gas, del solvente e dalla temperatura
- 13. Equilibrio Dinamico . Perla legge di Hanry, a temperatura costante, raddoppiando la pressione parziale di un gas, raddoppia la sua solubilita. . Laumento della solubilit di un gas con la pressione pu嘆 essere spiegato in termini di equilibrio dinamico tra le molecole del gas nella soluzione e quelle nello spazio circostante. . Principio di Le Chatelier (1884): un equilibrio dinamico si oppone ad ogni cambiamento delle condizioni dellequilibrio stesso. . Pertanto, lequilibrio dinamico si modifica perch竪 il processo diretto e quello inverso sono attivi e rendono il sistema disponibile ai cambiamenti. . Se aumenta la pressione, aumenta la velocit con cui le molecole di gas passano in soluzione; dunque, aumenta la concentrazione del gas nella soluzione. Cos狸, per嘆, aumenta anche il numero di molecole che possono lasciare la soluzione; allora, si stabilir un nuovo equilibrio quando i due processi assuumeranno la stessa velocit.
- 14. Effetto della temperatura sulla solubilit Tutti i gas hanno solubilit minore all'aumentare della temperatura la maggior parte dei solidi sono pi湛 solubili in acqua calda che in acqua fredda, ma in maniera variabile, es. Nellintervallo 0属C - 100属C la solubilit di Cloruro di sodio aumenta 0.1 volte Nitrato di argento di 7 volte Solfato di litio diminuisce di 0.1 volte Solfato di sodio ha un massimo a 32属C
- 15. Contributi all'entalpia di soluzione Soluzione di NaCl: alcuni solidi si sciolgano debolmente endotermica esotermicamente (ad esempio MgCl2) ed altri endotermicamente (K2S04) il processo di dissoluzione avviene in due stadi: nella rottura del solido e Entalpie di idratazione di alogenuri nell'interazione degli ioni o delle molecole del solido con quelle del solvente. Corrispondono a entalpia reticolare (endotermico) entalpia di idratazione (esotermico), rispettivamente
- 16. Entalpia di soluzione (Hsol) . Una sostanza che si scioglie endotermicamente 竪 piu solubile allaumentare della temperatura. . Una sostanza che si scioglie esotermicamente 竪 meno solubile allaumentare della temperatura. . Normalmente il processo di dissoluzione avviene a pressione costante, quindi il calore prodotto o assorbito 竪 equivalente ad una variazione di entalpia, detta Entalpia di soluzione, hsol, espressa in Kjoule/mole.
- 17. Entalpie di idratazione dei singoli ioni sono pi湛 esotermiche per gli ioni con maggiore carica ionica per ioni di uguale carica, sono pi湛 esotermici i valori delle entalpie di idratazione degli ioni con raggio minore: La dipendenza della entalpia di idratazione sia dalla carica ionica che dal raggio dello ione 竪 espressa dalla equazione di Born dove z 竪 il numero di cariche elettriche dello ione (ad esempio z= +2 per il Mg 2+ ) ed r 竪 il raggio dello ione espresso in picometri
- 18. Propriet Colligative Diagramma dellacqua e delle soluzioni Ebullioscopico e crioscopico Tensione di vapore Pressione osmotica
- 19. Propriet colligative l'effetto di un soluto sulle propriet fisiche di una soluzione:quattro cambiamenti tra loro correlati l'abbassamento della tensione di vapore l'aumento del punto di ebollizione Abbassamento del punto di congelamento pressione osmotica Una propriet colligativa 竪 una propriet che dipende solo dal numero delle particelle del soluto presenti nella soluzione e non dalla loro natura chimica i cationi e gli anioni in una soluzione di elettroliti contribuiscono separatamente a tale propriet
- 20. Abbassamento della tensione di vapore legge di Raoult: la tensione di vapore di una soluzione di un soluto non volatile 竪 proporzionale alla frazione molare del solvente nella soluzione il soluto occupa una parte della superficie della soluzione, riducendo cosi la velocit con la quale le molecole lasciano quest'ultima
- 21. Innalzamento del punto di ebollizione . L'innalzamento del punto di ebollizione 竪 proporzionale alla molalit m della soluzione dove kb 竪 la costante ebulloscopica del solvente Considerare la molalit in termini di ioni, non di formula per i composti ionici
- 22. Abbassamento del punto di congelamento Un soluto diminuisce il punto di congelamento (o di solidificazione) di una soluzione: abbassamento crioscopico Quando presente un soluto, un numero minore di molecole del solvente 竪 in contatto con la superficie del solido perch辿 alcune delle posizioni che occupavano sono ora occupate dalle particelle del soluto La diminuzione del punto di congelamento di una soluzione ideale 竪 proporzionale alla molalit dove kf 竪 la costante crioscopica del solvente
- 23. Osmosi L'osmosi 竪 il passaggio di un solvente attraverso una membrana semipermeabile in una soluzione pi湛 concentrata La pressione necessaria per arrestare il flusso del solvente 竪 detta pressione osmotica La spiegazione della pressione osmotica pu嘆 essere trovata nell'effetto del soluto sulla velocit con cui le molecole del solvente passano attraverso la membrana da ciascun lato. La velocit 竪 minore dal lato della soluzione perch辿 sebbene lo stesso numero di molecole prema sulla membrana, solo quelle del solvente possono attraversarla
- 24. Osmometria La pressione osmotica, come le altre propriet colligative, pu嘆 essere usata per determinare i pesi molecolari, ed 竪 la pi湛 sensibile Le membrane cellulari agiscono come membrane semipermeabili che possono essere attraversate dal l'acqua, da piccole molecole e da ioni idratati, mentre bloccano il passaggio delle proteine sintetizzate all'interno delle cellule stesse
- 25. Calcolo pressione osmotica xV=nRT Dove n = numero delle particelle in soluzione, espresso in moli. Per non elettroliti n = moli Per elettroliti bisogna tener conto della dissociazione (Es. per NaCl n=moli x 2)