Caso di soluzione ottenuta da una reazione chimica col solvente
Solubilizzazione di un composto ionico ad opera dell’acquaLa variazione di energia si chiama Hdissoluzione
Alcuni solidi si sciolgono in liquidi con processo endotermico altri con processo esotermico .
Preparazione di un litro di CuSO4 per diluizione
L’etichetta su una bottiglia di acido cloridrico concentrato
Sono miscele omogenee di due o più sostanze
ComponentiSostanze che compongono la soluzione
Componente presente in maggiore quantità
Ogni altro componente
LE SOLUZIONI
Solvente
Soluto
Le proprietà delle soluzioni non dipendono dalle quantità assolute di ciascun componente quanto dai rapporti tra le quantità dei vari componenti ovvero dalle quantità relative dei vari
componenti → le concentrazioni
Percentuale in massa (m%). La quantita' di soluto e' espressa in unita' di massa (ad esempio g) ed e' rapportata in percentuale alla massa della soluzione espressa nelle stesse unita' di misura:
m (%) = msoluto/msoluzione x100
Quindi m(%) rappresenta grammi di soluto per 100 grammi di soluzione
Metodi misura della concentrazionein soluzioni ideali
Percentuale in volume
La quantita' di soluto e' espressa in unita' di volume (ad esempio l) ed e' rapportata in
percentuale al volume della soluzione espressa nelle stesse unita' di misura
V(%)=Vsoluto/Vsooluzione x100
Poco usato perché i volumi spesso non sono additivi
Metodi misura della concentrazione
Le percentualiIndica la composizione percentuale dei vari
componenti la soluzione.
Percentuale in moli : moli di soluto in 100 moli totaliPercentuale in peso (% P/P) : grammi di soluto in 100 grammi totaliPercentuale in peso di soluto per volume di soluzione (% P/V): grammi di soluto in 100 ml totali Percentuale in peso rispetto al solvente : grammi di soluto in 100 g di solvente puroPercentuale in volume (%V/V): volume di soluto in 100 volumi di soluzione
Metodi misura della concentrazione
Frazione molare () La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e'
rapportata alla quantita' di soluzione espressa come somma delle moli di tutti i componenti:
nsoluto/ntotali
Quindi la frazione molare rappresenta il numero di moli di soluto che corrisponde ad 1 mole di soluzione.
Metodi misura della concentrazione
Molarita' (M)La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e' rapportata alla quantita' di soluzione, espressa
in litri: M= n/V(l)
con n= numero di moliV= volume in l
Quindi la molarita' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1l di soluzione + utile della M quando la temperatura della soluzione varia
Molalita' (m ) La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e' rapportata alla quantita' di solvente
(non soluzione) espressa in kg :
m= n/msolvente(kg)
Quindi la molalita' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1kg di solvente
Metodi misura della concentrazione
• Parti per milione
ppm= parti soluto/106parti soluzione (mg/L)
• Parti per miliardo
ppb= parti soluto/109 parti soluzione (μg/L)
Le parti possono essere espresse in massa o in volume
Metodi misura della concentrazione
Normalità (N)
N= neq/V (l)
esprime il numero di equivalenti di soluto per litro di soluzione. Gli equivalenti sono le quantità di sostanza che hanno la stessa capacità di combinazione nelle reazioni chimiche. Gli equivalenti sono numericamente uguali alle moli o a frazioni semplici di esse.
Metodi misura della concentrazione
EQUIVALENTI
Peso equivalente: di una sostanza la sua quantità in grammi che reagisce completamente con 1 g di idrogeno o con 8 g di ossigeno.
Un composto può entrare in reazioni diverse con rapporti stechiometrici diversi, il peso equivalente non può essere dedotto a priori ma solo considerando il composto nel contesto della reazione a cui partecipa o per la quale deve essere usato.
Si definisce equivalente o grammoequivalente di una sostanza la quantità in grammi corrispondente al peso equivalente.
Gli equivalenti o sono quantità in grammi delle diverse sostanze che reagiscono completamente tra loro.
Gli equivalenti reagiscono e si formano sempre in rapporto unitario (1 : 1).
P.M.
zP.E. =
Per un elettrolita (acido, base, sale) il numero di equivalenza z è uguale al numero di equivalenti del suo anione o del suo catione
Per un catione o un anione il numero di equivalenza z coincide con la sua carica.
m (g)
PE (g/eq)
neq (eq) =
= z (eq) • n (mol)
z è uguale al numero di elettroni ceduti o acquistati da una sostanza durante una reazione redox
Esempio Calcolare il peso equivalente dei seguenti acidi o basi: a) perclorico; b) solforico; c) idrossido di zinco
a) HClO4 → monovalente quindi z = 1 eq/mol
P.E. = P.M./z = 100.46 (g/mol)/ 1(eq/mol) = 100.46 g/eq
b) H2SO4 → divalente quindi z = 2 eq/mol
P.E. = P.M./z = 98.08 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.04 g/eq
c) Zn(OH)2 → divalente quindi z = 2 eq/mol
P.E. = P.M./z = 99.41 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.71 g/eq
Reazione di neutralizzazione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede una mole di H+ se si tratta di un acido o acquista
una mole di H+ se si tratta di una base. P.E.=P.M.\n° moli H+
scambiati
Reazione di ossidoriduzione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede acquista o cede una mole di elettroni.
P.E.=P.M.\n° moli e- scambiati
Esempio Calcolare il peso equivalente di KMnO4 nella semireazione di riduzione in ambiente acido. Determinare, inoltre la normalità di una soluzione che contiene 0.02 moli di KMnO4 in un litro.
MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O
PE (KMnO4) = PM / 5 = 158 /5 = 31.6 g/eq
Poiché 0.02 moli su 1 l → 0.02 M
N = z M = 5 • 0.02 = 0.1
Soluzione1 a concentrazione M1, volume V1 → soluzione2 a concentrazione M2 (M2 < M1) e V2, tra le due soluzioni esiste la relazione:
V1M1 = V2M2
Soluzione a concentrazione nota → soluzione a concentrazione minore
LE DILUIZIONI
La molarità M di una soluzione di densità d (g/ml) in cui m% è la percentuale in peso del generico soluto B di peso molare PMB si ricava dalla seguente relazione:
M =m% • d
PMB
• 10
Solubiltà = massima concentrazione di soluto ottenibile a una certa T o concentrazione della soluzione in presenza di un corpo di fondo
Hsoluzione.= Eret+ Hsolvatazione
Queste due energie dipendono dalla carica e dalle dimensioni degli ioni dove Eret energia che occorre fornire per allontanare gli ioni del reticolo a distanza infinitaSe Eret> Hsolvatazione processo endotermicoSe Eret < Hsolvatazione processo esotermico
La dissoluzione di solidi contenenti ioni a carica elevata (es. AlF3, Cr2O3) è troppo endotermica (elevata Ereticolare) perché tali solidi possano essere molto solubili in acqua.
Zucchero candito
Effetto dell’aumento di temperatura sulla solubilità di alcuni sali
Solubilità dell’ossigeno
Legge di HenryPgas= k Cgas
Dove P è la pressione parziale del gas e C la concentrazione del gas disciolto nel liquido
Se il soluto è poco volatilePsolv.= solvP°solv
Legge di Raoult
Pi= iP°i
Dimostrazione abbassamento tensione di vapore
Soluzioni ideali a due componenti (volatili)
P = PA + PB (legge di Dalton)
Soluzione ideale: le forze attrattive A-B devono essere simili alle forze attrattive A-A e B-B (es. benzene-toluene)
P = A P°A + B P°B
PA = A P°A; PB = B P°B (legge di Raoult)
Soluzioni non ideali con deviazioni positive
Le forze attrattive A-B sono più deboli delle forze attrattive A-A e B-B (Teb più bassa; es. acqua-etanolo; etanolo-benzene)
Processo endotermico
Soluzioni non ideali con deviazioni negative
Le forze attrattive A-B sono più forti delle forze attrattive A-A e B-B [Teb più alta; es. acqua-acido (legami idrogeno); acetone- cloroformio]
Processo esotermico
Soluzioni reali diluite si avvicinano al comportamento ideale
Distillazione (miscele ideali)
Teb(toluene): 110,6°CTeb(benzene): 80,1°C
0,45 0,73
vapore
liquido
l+v
0,2
Distillazione frazionata
Alla fine: benzene quasi puro come distillato e toluene quasi puro come residuo
Distillazione frazionata
Distillazione (miscele non ideali)Raoult:dev. positive
Da sinistra: etanolo quasi puro come residuo e azeotropo come distillato
Da destra: benzene quasi puro come residuo e azeotropo come distillato
Raoult:dev. negative
Da sinistra: cloroformio quasi puro come distillato e azeotropo come residuo
Da destra: acetone quasi puro come distillato e azeotropo come residuo
Abbassamento crioscopico e innalzamento ebullioscopico di una soluzione
Tc= Kc mTe=Ke m
Pressione osmotica VnRT
Effetto dell’osmosi sui cetrioli e le prugne