CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI. Solvente: normalmente liquido in eccesso Soluto: gas, liquido o solido, normalmente in difetto

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1 CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI Solvente: normalmente liquido in eccesso Soluto: gas, liquido o solido, normalmente in difetto Percentuale in peso = g soluto / g soluzione x 100 H 2 O 2 al 3% Percentuale in volume = V soluto / V soluzione x 100 Alcol etilico al 12% Grammi / Litro (di soluzione) 15 g NaCl in 10 ml Molarità: moli di soluto in 1 litro di soluzione 2 moli di HCl in 200 ml di soluzione = 2/0.200 = 10 M Normalità: equivalenti di soluto in 1 litro di soluz. 3 eq. di HCl in 150 ml di soluzione = 3/0.150 = 20 N Molalità: moli di soluto in 1 kg di solvente 0.2 moli di glucosio in 2 kg di H2O = 0.2/2 = 0.1 m Frazione molare χi : χi = ni / Σ ni Σχi = 1 In soluzioni acquose diluite: Vsolvente ~ Vsoluzione e kgsolvente ~ litrisoluzione da cui Molarità ~ molalità M ~ m

2 Es.: Calcolare la Molarità, la frazione molare, la percentuale in peso e la molalità di una soluzione ottenuta sciogliendo 15 g di glucosio (C 6 H 12 O 6 ) in 100 ml di acqua. PM(glucosio) = 174 g/mole. Molarità moli soluto / litri soluz. ~ moli soluto / litri solvente = [15g / 174 g/mole ] / L = M Frazione Molare χ Glucosio = n Glucosio / [n Glucosio + n Acqua ] = / [ /18.02] = Percentuale in peso %Glucosio = gglucosio / [gglucosio + gacqua ] x 100 = 15/115 x 100 = % Molalità Moli soluto / kg solvente = /0.100 = m Grammi su litro g soluto / V soluzione = 15 g / L = 150 g/l Normalmente si lavora in Molarità (mai in g/l) Dato che Molarità è moli /L CONCENTRAZIONE x VOLUME = MOLI (intensiva) (estensiva) (estensiva)

3 Es.: Quante moli ci sono in 7.82 L di NaOH M? Moli = Conc x Vol = moli/l x 7.82 L = moli Es.: Quanti grammi ci sono in 15.2 ml di NH M? Moli = Conc x Vol, ma anche: Moli x PM = Grammi Quindi: Conc x Vol x PM = Grammi 0.15 moli/l x L x 17 g/mole = g di NH 3 Es.: Tre case farmaceutiche offrono un farmaco di formula C10H14N3 a prezzi diversi: Confezione da 250 ml, titolo 10 g/l, a Euro 37 Confezione da 100 ml, titolo 0.1 M, a Euro 21 Confezione da 10 pastiglie (0.13 g l una) a Euro 14 Qual è la confezione più conveniente? a) 10 g/l x 0.25 L = 2.5 g costo al g = 37/2.5 = b) 0.1 moli/l x 0.1 L x 162 g/mole = 1.62 g costo al g = 21/1.62 = c) 1.3 g in totale costo al g = 14/1.3 =10. 76

4 Es.: Siano date la reazione: BaCl 2 (aq) + H 2 SO 4 (aq) BaSO 4 (s) + 2 HCl(aq) e le soluzioni acquose a) BaCl 2 (0.5 L, 0.12 M) b) H 2 SO 4 (0.3 L, 0.21 M) Mescolando a) con b), quanto BaSO 4 precipita? Qual è il volume finale della soluzione? Qual è la concentrazione finale di HCl? Ingredienti: BaCl L x 0.12 = moli H2SO4 0.3 L x 0.21 = moli In forma tabulare: BaCl2 + H2SO4 BaSO4 + 2 HCl mmoli iniziali Agente limitante mmoli reagite mmoli finali ) 60 mmoli x [PM(BaSO4)] = mg 2) Vfinale = Va + Vb = 0.5 L L = 0.8 L 3) [HCl] = molihcl / Vsoluz. = moli / 0.8 L = 15 M Rifare l esercizio con: BaCl M, 33 ml BaCl g/l, 70 ml e H2SO M, 44 ml e H2SO g/l, 30 ml

5 ELETTROLITI Sostanze che, in soluzione, dissociano in specie cariche (ioni positivi e negativi) AB A + + B - Oppure A n B m na z+ + mb w-, con nw = mz NaCl Na + + Cl - CaSO 4 Ca 2+ + SO 4 2- Generano 2 moli a partire da 1 mole Elettroliti uni-univalenti BaCl2 Ba Cl - Na2SO4 2 Na + + SO4 2- Generano 3 moli a partire da 1 mole Elettroliti uni-divalenti Elettrolita forte: dissociazione COMPLETA (100%) Elettrolita debole: dissociazione PARZIALE (<100%) (di solito qualche % o meno!) Non Elettrolita: dissociazione NULLA (0%)

6 Es. Sia data la reazione 2 NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO H 2 O Si abbiano a disposizione 2.7 g di NaOH in 197 ml di soluzione. Quanti ml di soluzione di H 2 SO 4 di titolo 0.14 moli/l neutralizzano questa soluzione? Qual è il volume finale? H2SO4 (Vx ml) 197 ml Vfin = Vx NaOH Na 2 SO g NaOH / 40 g/mole [PM(NaOH)] = 67.5 mmoli 1 mole NaOH richiede 0.5 moli H2SO moli NaOH richiedono moli H2SO4 moli(h2so4) = Conc(H2SO4) x Vol(H2SO4) mmoli = 0.14 mmoli/ml x Vx (ml) Vx = / 0.14 = 241 ml; Vfin = = 438 ml Rifare con NaOH 0.23 M, 15 ml e H2SO M Rifare con NaOH 20 ml, M e Vol(H2SO4) = 27.2 ml In questo caso, qual è la concentrazione (incognita) di H2SO4? METODO PER DETERMINARE CONCENTRAZIONI

7 STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI Problemi di Diluizione Es.: Calcolare a quale volume occorre diluire 125 ml di una soluzione di HCl 1 M per ottenerne una M/10. V(Fin) = V(In) + X Moli iniziali = Moli finali C In V In = C Fin V Fin 1 x = 0.1 x ( X) X = ( )/0.1 = L V(Fin) = 1.25 L Es. : Una soluzione di A è M. Calcolare quanta soluzione di A e quanta acqua occorrono per preparare 40 ml di una soluzione M di A. CFin VFin = 40 x = 7.80 mmoli CIn VIn = 7.80 mmoli = x VIn VIn = 0.78 ml ; H2O da aggiungere 40 ml 0.78 ml = ml

8 STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI Miscele non reattive Es.: Si hanno a disposizione le seguenti soluzioni: 1) HNO 3, 3.5 M 2) H 2 SO 4, 2.4 M 3) HCl, 1.7 M Si vogliano preparare 100 ml di una soluzione 0.1 M di ciascuna specie. Come la preparo? C Fin V Fin = 0.1 moli/l x L = 10-2 moli per ciascuna specie V0i = molii / C0i V01 = moli1 / C01 = 10-2 moli / 3.5 moli/l = 2.86 ml V02 = moli2 / C02 = 10-2 moli / 2.4 moli/l = 4.17 ml V03 = moli3 / C03 = 10-2 moli / 1.7 moli/l = 5.89 ml Σ V0i = ml VH2O = = ml In pratica, devo miscelare: V01 V02 V03 VH2O

9 Es. Calcolare quanti ml di una soluzione di H 2 SO 4 al 15% in peso (ρ = 1.10) e quanti ml di una soluzione di H 2 SO 4 al 30% in peso (ρ = 1.22) si devono mescolare per avere una soluzione 2 M di H 2 SO 4. Soluzione A: 1 litro pesa 1100 g, di cui 15% sono H 2 SO 4 M A (H 2 SO 4 ) = 0.15 x 1100 / (PM H2SO4 ) = 1.68 M Soluzione B: 1 litro pesa 1220 g, di cui 30% sono H 2 SO 4 M B (H 2 SO 4 ) = 0.30 x 1220 / (PM H2SO4 ) = 3.74 M Soluzione Finale: 2 moli di H 2 SO 4 per litro (V A + V B ) 2 moli totali = moli(a) + moli(b) CAVA + CBVB = 1.68 x VA x (1000-VA) da cui VA = 844 ml e VB = 156 ml Es. Si miscelano 2.73 L di una soluzione di NaCl M con 4.87 L di una soluzione di NaCl M. Calcolare la concentrazione finale di NaCl. V1 + V2 = VTot = 7.60 L Moli(1) = C1 V1 = moli/l x 2.73 L = 0.29 moli Moli(2) = C2 V2 = moli/l x 4.87 L = 0.78 moli Moli totali = 1.07 [NaCl] = moli(nacl) / VTot = 1.07 moli / 7.60 L = 0.14 M

10 STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI Miscele reattive Es. Si trattano 20 ml di una soluzione di KOH con 45 ml di una soluzione 1 M di H 2 SO 4. La soluzione risultante è acida (eccesso di H + ) e richiede, per essere neutralizzata, 12 ml di NaOH 1 M. Calcolare la molarità della soluzione iniziale di KOH. I Reazione: 2 KOH + H 2 SO 4 2 H 2 O + K 2 SO 4 mmoli iniziali 20 C x Agente Limitante mmoli reagite -20 C x -10 Cx 20 Cx 10 Cx mmoli finali Cx 20 Cx 10 Cx II Reazione: H2SO4 + 2 NaOH 2 H2O + Na2SO4 mmoli iniziali 45-10C x mmoli reagite -(45-10C x ) -2(45-10C x ) 2(45-10C x ) (45-10 C x ) mmoli finali C x 45-10C x 12 = C x C x = (90-12) / 20 = 3.9 moli/l

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