Le Soluzioni. Una soluzione è una miscela omogenea di due o più componenti (atomi, molecole, ioni) in un unica fase (solida, liquida o gassosa).
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- Brigida Colombo
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1 Le Soluzioi Ua soluzioe è ua miscela omogeea di due o più compoeti (atomi, molecole, ioi) i u uica fase (solida, liquida o gassosa). 1
2 Ua soluzioe è ua miscela omogeea di due o più compoeti (atomi, molecole, ioi) i u uica fase (solida, liquida o gassosa). l aria è ua soluzioe gassosa di N,, C, (g) e altri gas l oro a 18 carati è ua soluzioe solida (lega) di Au (75%) e di Cu (5%) l ottoe è ua soluzioe solida di Z e Cu il brozo è ua soluzioe solida S e Cu la bezia è ua soluzioe liquida di ottao (C 8 18 ), altri idrocarburi e additivi I ua soluzioe omogeea le particelle elemetari risultao essere distribuite i maiera uiforme e ogi porzioe della soluzioe possiede le stesse proprietà chimico-fisiche I ua soluzioe acquosa di blu di metilee le molecole di soluto (blu di metilee) soo uiformemete distribuite el solvete ( ), ovvero la composizioe è costate. Il puto di fusioe, il puto di ebollizioe, la desità, la viscosità, etc. o variao i parti diverse della soluzioe blu di metilee
3 Alcue defiizioi Il solvete è il compoete presete, i geere ma o di regola, i maggior quatità. Esso può essere u solido, u liquido o u gas. Il soluto o i soluti possoo essere solidi, liquidi o gas. Le soluzioi più comui (soluzioi liquide) soo caratterizzate dal solvete allo stato liquido e dal soluto allo stato solido, liquido o gassoso. La composizioe di ua soluzioe idica le quatità relative dei compoeti. La composizioe di ua soluzioe è defiita i modo quatitativo mediate la cocetrazioe. La cocetrazioe idica la quatità di soluto, i uità di peso, volume o i moli, disciolto i u certo volume o peso di soluzioe o di solvete. La cocetrazioe può essere espressa i uità fisiche o uità chimiche.
4 La cocetrazioe è defiibile i fuzioe delle quatità relative dei compoeti e può essere espressa i uità fisiche o uità chimiche. uità fisiche percetuale i peso (%) percetuale i volume (%) percetuale i massa/volume (%/) frazioe molare (x) molarità (M) molalità (m) ormalità (N) uità chimiche Le uità di cocetrazioe che cotegoo il volume dipedoo dalla temperatura. 4
5 Percetuale i peso (%) La percetuale i peso di u soluto i ua soluzioe idica il umero di grammi di quel soluto coteuti i 0 g di soluzioe. Per ua soluzioe co compoeti si ha: % i 1 i i peso i grammi dell i-esimo compoete sommatoria dei pesi i grammi di tutti gli compoeti (i.e. solvete + soluti peso della soluzioe) Esempio 1: Ua soluzioe acquosa di glucosio al % i peso cotiee g di glucosio e 90 g di acqua. % glucosio glucosio glucosio % 5
6 Esempio : Ua soluzioe viee otteuta solubilizzado 0.5 g di solfato di sodio (Na S 4 ) i 78.9 g di acqua. Calcolare la percetuale i peso del sale. Soluzioe: % Na Na 0.5 S4 S Na S 4 0.6% Esempio : Ua soluzioe viee otteuta solubilizzado 1.6 g di cloruro di rame (II) (CuCl ) e g di bicarboato sodico (NaC ) i 55 g di acqua. Calcolare la percetuale i peso dei sali. Soluzioe: % % CuCl NaC CuCl CuCl NaC NaC CuCl NaC.68% 5.0% 6
7 Percetuale i volume (%) La percetuale i volume di u soluto i ua soluzioe idica il volume di quel soluto coteuto i 0 volumi di soluzioe. Per ua soluzioe co compoeti si ha: volume i ml dell i-esimo compoete % i i 1 i sommatoria dei volumi i ml di tutti gli compoeti (i.e. solvete + soluti volume della soluzioe) Esempio 4: Si mescolao 1 ml di alcol etilico (C 5 ) co 890 ml di acqua. Calcolare la percetuale i volume dell etaolo. Soluzioe: % C C % C 5 7
8 Percetuale i massa/volume (%m/) La percetuale i massa/volume esprime la quatità di massa i grammi di soluto(i) presete i 0 ml di soluzioe. La temperatura va specificata! % / i peso i grammi dell i-esimo compoete volume della soluzioe Esempio 5:.8 g di idrossido di bario (Ba() ) vegoo sciolti i acqua e portati a volume i u matraccio tarato da 50 ml. Calcolare la percetuale i massa/volume dell idrossido. Soluzioe: %/ Ba() Ba() % 8
9 Esempio 6: Si voglioo preparare 50 ml di ua soluzioe allo 0.174% i peso/volume di permagaato di potassio (KM 4 ). Quati g di KM 4 dovrao essere pesati? Soluzioe: %/ KM KM 4 KM g KM % 9
10 Frazioe molare (x) Se co 1,,,, i si idicao i umeri di moli di p compoeti preseti i ua soluzioe, la frazioe molare dell i-esimo compoete è: x i p i 1 i i umero di moli dell i-esimo compoete sommatoria del umero di moli di tutti i p compoeti (i.e. solvete + soluti ) La frazioe molare è priva di dimesioi Esempio 6: Qual è la frazioe molare di ua soluzioe acquosa di acido solforico ( S 4, massa molecolare 98 g/mol) al % i peso? Soluzioe: Ua soluzioe acquosa al % i peso di S 4 cotiee g di S 4 ( pari a /98 moli ) e 90 g di (pari a 90/18 moli): x S e x 1 x 0.98 S 4 S 90 4 S
11 La molarità È defiita come il umero di moli del soluto i per litro di soluzioe e ha dimesioi mol/l. c i i umero di moli dell i-esimo compoete volume della soluzioe L uso di questo tipo di cocetrazioe si dimostra comodo perché ua soluzioe di molarità ota si ottiee pesado il soluto (o i soluti), disciogliedolo el solvete e portado la soluzioe al volume desiderato co il solvete. 11
12 La ormalità È defiita come il umero di equivaleti del soluto i per litro di soluzioe e ha dimesioi Eq./L. La useremo per idicare le cocetrazioi di acidi e basi. Cl + + Cl - Acidi e basi mooprotici Na Na mole 1 equivalete MN S S 4 -- Mg() Mg mole equivaleti MN Acidi e basi dioprotici P P Al() Al Acidi e basi trioprotici 1 mole equivaleti MN
13 Esempio 7: Se si sciolgoo 5. g di carboato di sodio (Na C ) i tata acqua da preparare 500 ml di soluzioe, qual è la cocetrazioe molare di Na C (massa molare 6.0 g/mol)? Soluzioe: massa i grammi MLI massa molare 5. g di Na C corrispodoo, quidi, a 5. / moli di Na C. La cocetrazioe del sale è duque: c Na C M Na C Na Na C C Esempio 8: Quati grammi di glucosio (C ) se devoo pesare per preparare L i ua soluzioe 0.5 M?(massa molare g/mol)? Soluzioe: c glu cosio glu cosio glu cosio M glu cosio glu cosio g glu cosio c glu cosio M M glu cosio 1
14 olume della soluzioe e volume del solvete Dato che la desità della soluzioe può essere diversa dalla desità del solvete puro, il volume di solvete aggiuto può essere maggiore o miore di quato previsto! Esempio 9: Si vuole preparare 1 litro di ua soluzioe 0.1 molare di solfato di rame (II) (CuS 4 _5, massa molare 49.7 g/mol). Si dovrao, quidi, pesare 0.1x49.7x15 g del composto e scioglierli i 1 L di soluzioe. a)si itroducoo 5 g del composto i u matraccio da 1 L. b)si prede 1 L di acqua e la si versa letamete el matraccio facedo attezioe di sciogliere completamete il composto. c)si porta il volume ad 1 L quado il livello del liquido raggiuge la tacca sul collo del matraccio. d)del litro iiziale di acqua rimagoo ca. 8 ml La desità della soluzioe è aumetata! 14
15 La molalità È defiita come il umero di moli del soluto per Kg di solvete e ha dimesioi mol/kg. umero di moli dell i-esimo compoete m soluto solvete peso i Kg del solvete Esprimedo il peso del solvete i grammi si ha: m soluto solvete peso i g del solvete Soluzioi di molalità defiita si preparao pesado i soluti e il solvete e poiché i pesi o dipedoo dalla temperatura, o è ecessario teer coto di questa. 15
16 Esempio : Qual è la molalità di ua soluzioe acquosa di cloruro di litio (LiCl, massa molare 4.4 g/mol) preparata sciogliedo g del sale i 150 g di acqua. Soluzioe: Il umero di moli di LiCl è dato da: M LiCl 4.4 LiCl LiCl moli La molalità della soluzioe è quidi: m LiCl M LiCl LiCl m Esempio 11: Ua soluzioe cotiee 5.0 g di toluee (C 7 8, massa molare 9.14) e 5 g di bezee (C 6 6 ). Si calcoli la molalità della soluzioe. Soluzioe: il toluee è il soluto e il bezee il solvete m toluee toluee 5.0 M bezee toluee toluee bezee beze e 0.4 m 16
17 Nelle diluizioe il puto fodametale è che il umero di moli di soluto ella soluzioe diluita fiale deve essere uguale al umero di moli ella soluzioe più cocetrata. prima della diluizioe dopo la diluizioe + solvete c iiziale iiziale c fiale fiale 17
18 Coversioi fra le uità di cocetrazioe Può essere ecessario dover covertire fra loro le uità di cocetrazioe. Le uità di cocetrazioe possoo essere suddivise i: uità che coivolgoo rapporti fra masse (% i peso, molalità, frazioe molare). Queste soo utili ello studio delle proprietà colligative. uità che coivolgoo rapporti fra massa e volume (molarità, % i peso/volume). Queste soo utili ei calcoli stechiometrici. La coversioe fra u tipo di uità massa/massa e l altro è relativamete semplice. Per covertire ua uità massa/massa i u uità massa/volume è ecessario covertire la massa i volume, e viceversa, utilizzado la desità. 18
19 I geerale la molarità e la molalità di ua stessa soluzioe o possoo essere uguali (bechè la loro differeza diveti trascurabile quado la soluzioe è diluita). Pesiamo 0.1 moli di cromato di potassio (K Cr 4, M 194. g/mol), cioè 19.4 g. 0.1 m K Cr 4 (uità massa/massa) si prepara sciogliedo 0.1 moli del sale i 1 kg (1 L) di acqua. soluzioe > 1 L aggiuto 1 L (1 kg) 0.1 M K Cr 4 (uità massa/volume) si prepara aggiugedo a 0.1 moli del sale ua quatità di acqua tale da portare il volume ad 1 L soluzioe 1 L aggiuto <1 L (1 kg) La molarità o permette di idividuare la quatità esatta di solvete utilizzata per preparare la soluzioe. 19
20 Coversioe fra uità massa/massa: da molalità (m) a frazioe molare(x) Qual è la frazioe molare di ciascu compoete di ua soluzioe acquosa 0.5 m di? Soo preseti compoeti, il e l acqua. Dalla defiizioe di molalità sappiamo che questa soluzioe cotiee 0.5 moli di i 1.0 kg di acqua. Per calcolare la frazioe molare è ecessario cooscere quati moli di acqua soo coteute i 1 kg di acqua. m M 55.5 moli x + + M x M M
21 Coversioe fra uità massa/massa: da molalità (m) a percetuale i peso (%) Qual è la percetuale i peso del i ua soluzioe acquosa 0.5 m di? Per calcolare la percetuale i peso del è ecessario cooscere quato pesao 0.5 moli di (M58.44 g/mol). M g % + M M % Coversioe fra uità massa/massa: da frazioe molare (x) a molalità (m). Qual è la molalità di ua soluzioe acquosa di co frazioe molare 0.1? Si ha a disposizioe 1 mole di soluzioe. Per calcolare la molalità della soluzioe è ecessario cooscere quato pesao 0.9 moli di (M18.01 g/mol). lm l g m m 1
22 Coversioe fra uità massa/volume: da molarità(m) a molalità (m). Qual è la molalità del (M58.44 g/mol) i ua soluzioe acquosa 4. M? La desità della soluzioe è 1.05 g/ml. I1 L di soluzioe vi sarao 4. moli di. Per calcolare la molalità della soluzioe è ecessario cooscere quati grammi di acqua soo preseti i 1 L di soluzioe. Questa iformazioe si ottiee dalla desità della soluzioe. La massa della soluzioe è: La massa di ella soluzioe è: La massa di ella soluzioe è data da: soluzioe δsoluzioe soluzioe soluzioe g M g g Ifie la molalità è data da: m m
23 Coversioe fra uità massa/volume: da molarità (M) a frazioe molare Qual è la frazioe molare del (M58.44 g/mol) i ua soluzioe acquosa 4. M? La desità della soluzioe è 1.05 g/ml. I1 L di soluzioe vi sarao 4. moli di. Per calcolare la frazioe molare del è ecessario cooscere quate moli di acqua soo preseti i 1 L di soluzioe. Questa iformazioe si ottiee dalla desità della soluzioe. La massa della soluzioe è: soluzioe δsoluzioe soluzioe g La massa di ella soluzioe è: M g La massa di ella soluzioe è data da: soluzioe Il umero di moli di è data da: Ifie la frazioe molare è data da: M moli g x
24 Esempio 1: Si abbiao 0 g di ua soluzioe acquosa di acido cloridrico (Cl, M5.46) al 7% i peso. Calcolate la frazioe molare, la molalità e la molarità dell Cl ella soluzioe sapedo che la desità della soluzioe è 1.18 g/ml. Soluzioe: I 0 g di soluzioe soo coteuti 7 g di Cl e 0 76 g di. Cl moli 6.5 moli M 5.46 M Cl Cl frazioe molare: x Cl Cl Cl molalità: m Cl m Dato che 0 g della soluzioe occupao /δ 0/ ml L molarità: c Cl Cl 1. M 4
25 La diluizioe U altro metodo per otteere ua soluzioe di data cocetrazioe è partire da ua soluzioe cocetrata ed aggiugere solvete (diluizioe) fio a raggiugere la cocetrazioe desiderata. 0.1 M K Cr 7 i co ua pipetta da 5 ml si aspirao 5 ml della soluzioe 0.1 M K Cr 7 si trasfericoo i 5 ml i u matraccio da 500 ml Il rapporto fiale / iiziale è detto diluizioe (i questo caso 500/50) si porta il volume a 500 ml co otteedo ua soluzioe M di K Cr 7 5
26 Nelle diluizioe il puto fodametale è che il umero di moli di soluto ella soluzioe diluita fiale deve essere uguale al umero di moli ella soluzioe più cocetrata. prima della diluizioe dopo la diluizioe + solvete c iiziale iiziale c fiale fiale 6
27 Dato che il umero di moli o cambia ella diluizioe si può scrivere: c iiziale iiziale c fiale fiale ovvero il prodotto della cocetrazioe e volume iiziali è uguale al prodotto della cocetrazioe e volume fiali. La cocetrazioe della soluzioe diluita si ottiee da: c c fiale iiziale fiale iiziale 7
28 Esempio 1: Quati ml di acqua adrao aggiuti a 00 ml di ua soluzioe acquosa di 0.5 M per portare la cocetrazioe a 0.1 M? Soluzioe: rappresetado i dati i ua tabella cocetrazioe (M) volume (ml) stato iiziale stato fiale 0.1? Dalla espressioe c iiziale iiziale c fiale fiale si ricava: ciiziale 0.5 fiale iiziale 00 c 0.1 fiale 750 ml E dato che fiale iiziale + aggiuto si avrà che il aggiuto 400 ml 8
n V = W Concentrazione delle soluzioni acquose
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LE PROPRIETA COLLIGATIVE soo proprietà fisiche delle soluzioi che dipedoo dalla cocetrazioe del ma o dalla tipoloia del frazioi ari: χ + χ solvete 1 χ i di i di + i di solvete χ solvete i di solvete i
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( ) 3 ( ) 2 estraendo la radice quadrata di entrambi i membri si ottiene la seguente equazione di 2 grado
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Soluzione Dai dati di energia libera standard di formazione si può ricavare il G per la reazione:
La metilammia, reagisce co acqua allo stato gassoso portado alla formazioe di alcool metilico e ammoiaca secodo la reazioe: (g) + H (g) H(g) + (g). Soo oti i segueti dati a 5 C G f (kj mol -1 ) (g).16
soluzione acquosa di HCl al 37% in peso è una soluzione contenente 37g di HCl ogni 100g di soluzione. ESERCIZIO 1 soluzione.
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5) Una soluzione 7,37 M di HCl in acqua ha densità d=1,12 g/ml; calcolare la percentuale in peso dell acido nella soluzione.
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