Soluzioni e concentrazioni

Transcript

1 Soluzioni e concentrazioni Dr. Gabriella Giulia Pulcini Ph.D. Student, Development of new approaches to teaching and learning Natural and Environmental Sciences University of Camerino, ITALY 1

2 LE SOLUZIONI = SOLVENTE + SOLUTO/I In generale, in una soluzione, uno dei componenti ha una frazione molare vicina all unità e si considera solvente. Gli altri componenti si chiamano soluti. Solo una quantità finita di soluto si scioglie in un dato volume di solvente. Quando la quantità di soluto presente in un solvente supera una certa soglia si è presenti davanti ad una soluzione satura, cioè una soluzione in equilibrio con un eventuale solido in eccesso. 2

3 3

4 LA CONCENTRAZIONE La concentrazione è la misura della composizione di una soluzione e in generale indica la quantità di soluto presente in una data quantità di solvente o di soluzione (solvente + soluto). La quantità di soluto, solvente o soluzione possono essere espresse in numero di moli, massa o volume per cui vi sono diversi modi di esprimere la concentrazione di una soluzione: molarità; percentuale in massa; frazione molare;.. 4

5 MOLARITÀ È il numero di moli di soluto presenti in un litro di soluzione: Molarità = M = moli di soluto M = n/v n = M xv litri di soluzione V = n/m Le unità sono mol/l ma sono generalmente indicate con M (molare). Esempio Calcola la molarità di una soluzione ottenuta sciogliendo 0,20 mol di NaCl in acqua sino ad un volume di 2,0 l. M = 0,20 moli = 0,10mol/l = 0,10M 2,0 litri 5

6 PERCENTUALE IN PESO (o MASSA) Indica la massa del soluto rispetto alla massa della soluzione espressa in percentuale : % p/p = massa di soluto (g) x 100 massa di soluzione (g) Esempio Calcola la % massa di soluto di una soluzione ottenuta mescolando 3,5g di NaCl e 96,5g di acqua. % massa NaCl = 3,5 g x 100 = 3,5 % (3,5 + 96,5) g 6

7 DA PERCENTUALE IN MASSA A MOLARITA E VICEVERSA Se indichiamo con % la percentuale del soluto espressa in peso su peso, d la densità della soluzione (d = massa/volume) e infine PM il peso molecolare del soluto si avrà: M = d x % p/p x 1000 (d in g/ml) % p/p = M x100 x PM 100 x PM d x 1000 Oppure M = d x % p/p (d in g/l) % p/p = M x100 x PM 100 x PM d 7

8 Esempio Qual è la molarità di una soluzione 10,5% p/p (d = 1,095 g/ml) di KOH? PM (KOH) = 56,11 u.m.a M = d x % x x PM (d in g/ml) M = 10,5 x 1,095 x 1000= 2,05 mol 100x56,11 L 8

9 Esempio Qual è la % p/p di una soluzione 9.00 M di HNO 3 (d = 1,275 g/ml)? PM (HNO 3 ) = 63,01 u.m.a % p/p = M x100 x PM x d % p/p = 9 x 100 x 63,01= 44, x 1,275 9

10 PERCENTUALE IN VOLUME La concentrazione percentuale volume/volume (% v/v) di una soluzione corrisponde ai millilitri (ml) di soluto sciolti in 100 millilitri di soluzione. % v/v = volume di soluto (ml) x 100 volume di soluzione (ml) volume di soluto (ml) = volume di soluzione (ml) 100 x % v/v 10

11 Esempio Quale volume di glicole etilenico deve essere usato per preparare 1000 ml di soluzione al 40% in volume (% v/v) di glicole etilenico? In 100 ml di soluzione sono sciolti 40 ml di glicole etilenico. Pertanto: 100 ml : 40 ml = 1000 ml : X X = (1000 ml 40 ml)/100 ml = 400 ml di glicole etilenico. 11

12 PERCENTUALE IN MASSA/VOLUME La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v) di una soluzione corrisponde ai grammi di soluto sciolti in 100 millilitri (ml) di soluzione. % m/v = massa soluto (g) x 100 volume di soluzione (ml) Massa soluto (g) = volume di soluzione (ml) 100 x % m/v 12

13 La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v) moltiplicata per 10 fornisce i grammi di soluto presenti in 1 litro di soluzione, (g/l) g/l = 10 x % m/v Inoltre, si ricorda che è facile passare da %m/m a %m/v conoscendo la densità d della soluzione: % m/v = % m/m x d 13

14 Esempio Una soluzione contiene 8 grammi di soluto in 250 grammi di solvente e ha una densità relativa d = 1,08 g/ml. Calcolare la % m/v della soluzione. massa della soluzione = 250 g + 8 g = 258 g % m/m = grammi soluto / grammi soluzione = (8 g / 258 g) 100 = 3,10 % % m/v = % m/vm d = 3,10 1,08 = 3,35 % 14

15 MOLALITÀ È il numero di moli di soluto per chilogrammo di solvente: Molalità = m = moli di soluto Kg di solvente Le unità sono mol/kg ma generalmente sono indicate con m (molale). Esempio Calcola la molalità di una soluzione ottenuta sciogliendo 0,20mol di NaCl in 2000g di acqua 0,20 mol = 0,10mol/Kg = 0,10m 2,0 Kg 15

16 FRAZIONE MOLARE Per una soluzione di due componenti A e B le frazioni molari di A e di B sono definite: X A = moli di A = moli totali della soluzione X B = moli di B = moli totali della soluzione moli di A moli di A + moli di B moli di B moli di A + moli di B X A + X B = 1 16

17 Esempio Calcola la frazione molare di glucosio e di acqua per una soluzione ottenuta sciogliendo 0,0315mol di glucosio in 25,2 g di acqua x H2 O x glucosio 1 Moli di H 2 O = 25,2 g = 1,40 mol 18 g/mol x glucosio = 0,0315mol = 0,022 0,0315mol + 1,40 mol x H2 O = = 0,978 17

18 DILUIZIONI Diluire e il processo mediante il quale una soluzione concentrata viene resa meno concentrata. La diluizione comporta l'aggiunta di solvente ad una soluzione in modo da portare il valore della sua concentrazione da un valore iniziale di Mi ad un valore finale Mf inferiore di Mi. 18

19 Per calcolare la quantità di solvente che deve essere aggiunta, si consideri che con la diluizione la quantità di soluto resta invariata perciò, il numero di moli di soluto prima (ni) e dopo (nf) la diluizione resta invariato: ni = nf Ricordando che la molarità è pari a: M = n soluto / V soluzione e dunque: n soluto = M x V soluzione si ha che: Mi x Vi = Mf x Vf Vf = (Mi x Vi )/ Mf Per cui il liquido da aggiungere sarà V agg = Vf - Vi 19

20 Esempio Calcolare quanto si deve diluire una soluzione 0.25 M di BaCl 2 affinché si abbia una concentrazione di 20 mg /ml di Ba 2+? BaCl 2 Ba Cl - Ci sono 0.25 moli di BaCl 2 e quindi 0.25 moli di Ba 2+ in 1 litro di soluzione C i = massa Ba 2+ (g) / Vsol (l)= n PM / Vsol (l)= 0.25 moli x g / moli / 1 l = 34.3 g/l C i V i = C f V f 20 mg / ml= 20 g /l 34.3 g/l V i = 20 g/l V f V f / V i = 34.3 g/l/ 20 g/l= (rapporto di diluizione)

21 Esempio Quanti ml di una soluzione al 20% in peso di H 2 SO 4 e di densità 1.14 g/ml devo prendere per ottenere 100 ml di una soluzione M? M = n / Vsoluz(l) n = M Vsoluz= mol/l x l = moli Massa H 2 SO 4 =moli x PM H 2 SO 4 = moli x g/mole = g % p/p = Massa H 2 SO 4 / Massa soluz x 100 Massa soluz = Massa H 2 SO 4 / % p x 100 = g / 20 x 100 = g Densità m / V V = m / g /1.14 g/ml = ml 21