SOLUZIONI. Una soluzione è una miscela omogenea di più composti chimici. le miscele gassose sono sempre omogenee e quindi formano sempre una soluzione

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1 SOLUZIONI Una soluzione è una miscela omogenea di più composti chimici SOLUZIONI GASSOSE: SOLUZIONI LIQUIDE: SOLUZIONI SOLIDE: le miscele gassose sono sempre omogenee e quindi formano sempre una soluzione si possono formare sciogliendo in un liquido, chiamato solvente, gas, solidi o altri liquidi. sono abbastanza comuni: per esempio le leghe metalliche sono una miscela omogenea solida di più metalli.

2 Solvente: Componente predominante Soluti: Componenti presenti in quantità minori Soluto A Soluto B Solvente Soluto C

3 SOLUBILITA La solubilità di un composto in un solvente è la quantità massima in grammi di quella sostanza che si può sciogliere in 100g di solvente Dipende: natura chimica del soluto Natura chimica del solvente temperatura (lucido solubilità NaCl) Un composto è solubile se i legami che le sue particelle formano con le molecole di acqua sono più forti di quelle che le particelle del soluto formano tra loro

4 SOLUZIONI GASSOSE TIPI di SOLUZIONI L energia associata al mescolamento di 2 o più gas è trascurabile Le miscele gassose tendono ad avere il massimo disordine a qualunque temperatura e la miscibilità è completa in tutte le proporzioni SOLUZIONI di GAS in LIQUIDI La restrizione di volume di un gas che si scioglie in un liquido causa una riduzione del disordine, che non è sempre compensata I gas tendono ad essere poco solubili nei liquidi, a meno che non intervengano dei fattori compensativi (reazioni chimiche dei gas con il solvente)

5 Fattori che influenzano la solubilità di un gas in un liquido: Temperatura : La solubilità dei gas diminuisce all aumentare della temperatura PRESSIONE :LEGGE di HENRY La quantità di gas che si scioglie in un liquido ad una data T è direttamente proporzionale alla pressione esercitata sul gas Es più alta è la P più gas si scioglie (vedi sangue e camera iperbarica)

6 SOLUZIONI di UN LIQUIDO in UN LIQUIDO Le sostanze polari si sciolgono in quelle polari Le sostanze apolari si sciolgono in quelle apolari Fattori che influenzano la solubilità sono: 1. Possibilità di formare ponti idrogeno(aumenta se si formano) 2. Pressione (non influenza se non ad alta pressione) 3. Temperatura (aumenta la solubilità se la reazione è esotermica, diminuisce se la reazione è endotermica)

7 SOLUZIONI DI SOLIDI MOLECOLARI IN LIQUIDI Nella dissoluzione c è un forte amento di disordine, che può arrivare a compensare le forze intermolecolari esistenti nei solidi SOLUZIONI DI SOLIDI IONICI IN ACQUA Elevate forze di attrazione coloumbiana legano i solidi ionici Nonostante ciò, i solidi ionici presentano un elevata solubilità in acqua a causa della forte interazione tra le molecole di solvente e gli ioni componenti Fattori che influenzano aumentando la solubilità: Estensione della superficie da contatto Agitazione o rimescolamentpo Temperatura

8 Soluzioni = il soluto ha un diametro fino a 1nm Dispersioni Colloidali = 1nm <diametro soluto >1um Es panna montata, fumo, nebbia (il sistema è però sempre omogeneo Sospensioni = diametro soluto >1um Il soluto si separa e si deposita Es sangue

9 CONCENTRAZIONE Termine numerico che esprime la quantità di soluto disciolta in una definita quantità di soluzione w = weight ; v = volume C. percentuale in peso (w/w): rapporto tra peso in grammi di soluto e 100g di soluzione C. percentuale in volume (v/v): rapporto tra volume di soluto in ml e 100ml di soluzione Attenzione!!: la massa è additiva, il volume no, poiché nella solubilizzazione ci può essere variazione di volume. Quindi a% (w/w) implica che per a grammi di soluto il solvente è (100-a) grammi, ma lo stesso non può dirsi per a% (v/v) C. percentuale in peso/volume (w/v): grammi di soluto sciolti in 100ml di soluzione. Nota la densità della soluzione, si può calcolare il peso del solvente e ricondursi al (w/w) o (%p/p x d = %p/v) C. in parti per : ( per soluzioni diluite)rapporto tra quantità di soluto ed una quantità stabilita di soluzione, entrambi espressi nella stessa unità. Si utilizzano comunemente le parti per milione (ppm) e le parti per miliardo (ppb)

10 CONCENTRAZIONE Molarità: numero di moli di soluto disciolto in un litro di soluzione; solitamente indicata con M è anche nota come CONCENTRAZIONE MOLARE ATTENZIONE!!! Il volume della soluzione dipende dalla temperatura!!! Quindi M cambia con T Normalità: numero di pesi equivalenti di soluto in un litro di soluzione; il peso equivalente di un composto è la massa che potrebbe reagire con 1.008g di idrogeno. La normalità N è quindi definita in rapporto ad una reazione stechiometrica con l idrogeno. In pratica, N= M/n, dove n è il numero di elettroni, protoni o cariche portate Molarità: esprime il numero di moli di soluto in per litro di soluzione; si indica con M (mol l -1 ). Frazione molare: esprime il rapporto tra il numero di moli di una sostanza e la somma del numero di moli di tutte le sostanze della miscela; si indica con x (adimensionale). Molalità: esprime il numero di moli di una sostanza per Kg di solvente; si indica con m (mol/kg solvente).

11 Problemi % p/p = numero grammi di soluto in 100 g di soluzione es. 4% p/p NaCl significa che ci sono 4g di soluto in 100 gr di soluzione cioè 4g di soluto (NaCl) e 96 g di solvente(acqua) % p/v= numero grammi di soluto in 100 ml di soluzione es. 4% NaCl significa che ci sono 4g di soluto in 100ml di soluzione (si pesano 4 gr di NaCl si sciolgono in un po di acqua e poi si porta a 100ml con acqua) Molarità= n moli di soluto in 1litro di soluzione es una soluzione 4M di NaCl è data da 4 moli di NaCl in 1 litro di soluzione Equivalenti/l (Eq/l) (o Normalità) = N di equivalenti di ioni in 1litro di soluzione ( la concentrazione degli ioni nei liquidi biologici viene generalmente espressa i milliequivalenti /l ) es. 1mole di ioni Na+ =1eq di ioni Na+ 1mole di ioni Ca++ =2eq di ioni Ca++ RICORDA!! IMPORTANTE!! La più semplice soluzione fisiologica è una soluzione di NaCl allo 0,9% p/v ed equivale a 0,155M (SAPERE A MEMORIA)

12 Ricordare che mentre i pesi sono additivi i volumi no Problemi 1- Quanti g di NaCl sono contenuti in 40g di una soluzione al 5%p/p?- 2- Quanti g di HCl sono contenuti in 80 g di una soluzione al 7%p/p? 3- Qual è la %p/p di una soluzione ottenuta sciogliendo 40g di glucosio in 250g di acqua? 4- Qual è la %p/p di una soluzione ottenuta sciogliendo 3 moli di NaCl in 40 moli di acqua? 5-Qual è la %p/v di una soluzione ottenuta sciogliendo 5g di glucosio in 300ml di acqua? 6-Quanti g di NaCl sono contenuti in 500 ml di una soluzione al3%p/v? 7-Preparare 500 ml di una soluzione al 2%p/v di acido citrico (a-calcolare i g di ac.citrico =10g b pesare 10 g di acido citrico c- sciogliere i 10 g in un piccolo volume di acqua in un cilindro graduato da 500ml d- aggiungere acqua fino a 500 ml e agitare) 8-Ad un paziente viene somministrato endovena 1l di una soluzione di NaCl allo 0.9%p/v Quanti g di cloruro di sodio ha ricevuto il paziente? Quanti grammi di glucosio sono contenuti in 500 ml di una soluzione glucosata al 5%? 25 g MOLARITA 9 -preparare 2 l di una soluzione 3M di KCl (PM=74.5) R=447g in 3litri 10-preparare 500 ml di una soluzione di NaOH 0.1M (PM40) R=2g 11-Quanti g di glucosio sono contenuti in 0.5 l di una soluzione 2M (PM=180)? R=180g 12- Calcolare la molarità di una soluzione di NaCl allo 0.9%p/v 13- Calcolare la molarità di una soluzione di acido solforico al 96%p/p d=1.8g/ml? 14- Calcolare la molarità di una soluzione di acido cloridrico al 37%p/p d=1.1

13 Si deve preparare una soluzione contenente 500 mg di dobutamina in 50 ml di soluzione fisiologica, in pompa siringa. Quanti γ di dobutamina? Le confezioni sono da 250 mg e ciascuna confezione è da 20 ml (concentrazione iniziale di 12,5 mg/ml). La prescrizione è quindi di 2 fl di dobutamina. dobutamina fl 20 ml + 20 ml = 40 ml 50 ml - 40 ml = 10 ml di soluzione fisiologica Per preparare la siringa da 50 ml con 500 mg di dobutamina devo prendere: 2 fl di dobutamina da 250 g. cadauno; 10 ml di soluzione fisiologica. In questo modo ottengo una soluzione di : 500 mg : 50 ml = x mg : 1 ml x = 500 x 1 / 50 = 10 mg/ml 10 mg/ml, corrispondono a γ/ml, poichè 1γ = 1/1000 mg cioè 1 µg Dobutamina farmaco usato nelle cardiomiopatie, nello shock settico e nello shock cardiogeno e nello shock anafilattico

14 Riassumendo La concentrazione delle soluzioni può essere espressa in diversi modi: % peso/peso; esprime i grammi di soluto presenti in 100 grammi di soluzione. % volume/volume: esprime i ml di soluto presenti in 100 ml di soluzione. % peso/volume: esprime i grammi di soluto presenti in 100 ml di soluzione. Molarità: esprime il numero di moli di soluto per litro di soluzione. Normalità: esprime il numero di equivalenti (g-equivalenti) presenti in una soluzione NORMALITA (N): Si rifà alla distinzione concettuale tra peso atomico e peso equivalente. Il peso equivalente tiene conto del tipo di reazione cui partecipano i composti e si esprime in grammoequivalenti (g.equivalenti).

15 CALCOLO DEL PESO EQUIVALENTE (p.e.): Sostanze elementari (Na, O2, ecc): p.e. = peso atomico (p.a.) Acidi (HCl, H2SO4) o basi (NaOH, Ca(OH)2): peso molecolare (p.m.) diviso per il numero di H (acidi) o OH (basi) Es: p.e. HCl = p.m. HCl / 1 ; H2SO4 = p.m. H2SO4 / 2 Una soluzione 3M di H2SO4 (acido solforico) contiene tre moli litro di H2SO4 p.m. H2SO4 = 98 u.m.a. mole = peso in grammi pari al p.m. 3 (mol) x 98 g = 294 g H2SO4 /l Una soluzione 6 N (normale) di H2SO4 contiene 6 g-equivalenti di H2SO4 p.e. H2SO4 = p.m. H2SO4 / 2 = 49 6 (g-eq) x 49 (g/g eq) = 294 g cioè una soluzione 3 M di acido solforico equivale ad una soluzione 6 N dello stesso acido Sostanza elementare, ione o molecola che partecipa ad una reazione di ossidoriduzione: p.e. = (p. a. oppure p.m. ) diviso il n di elettroni scambiato nel processo. Elettroliti : sono composti di varia natura e costituzione che, posti in soluzione acquosa, si dissociano in ioni, cioè particelle elettricamente cariche. Se la carica elettrica è positiva si chiamano cationi (es. Na+, K+, Ca++, Mg++, ecc), mentre se è negativa si chiamano anioni (es. CI-, HCO3-, ecc.). La loro concentrazione è indicata in milliequivalenti/litro (meq/l); il milliequivalente è la millesima parte del peso atomico di uno ione, espresso in grammi, diviso per il numero di cariche elettriche presenti nello ione stesso. In tal modo 1 meq contiene sempre lo stesso numero di ioni, indipendentemente dalla sostanza. Il sodio è il catione extracellulare più importante. La sua concentrazione plasmatica è circa 140 meq/l. Un meq di sodio equivale a 23 mg di ione sodio (Na+): p. m. Na = 23 1 mole di Na+ = 23 g 1 g-eq di Na+ = 23 :1 =23 g ; 1m-eq = 23 mg

16 Quanti ml di bicarbonato di sodio 1 M si devono somministrare se la prescrizione è di 150 meq? Sappiamo che ad una concentrazione di 1 M corrisponde un rapporto di 1 meq/ml. Da tale considerazione deduciamo che la somministrazione, essendo di un rapporto 1:1, deve essere di 150 ml, secondo la proporzione 1 meq : 1ml = 150 meq : x ml Quante Kcal vengono somministrate ad un paziente cui viene prescritta l'infusione di emulsione lipidica al 20%p/v di 500 ml? Innanzitutto si deve sapere quanti grammi di lipidi sono contenuti nel flacone: 20 %p/v = 20 g:100ml= x:500 X=100 dunque 100 g/500 ml Poichè l'ossidazione di 1 g di lipidi dà in media 9 Kcal: 100 x 9 = 900 A quel paziente vengono fornite 900 Kcal.

17 RICORDA!!Dalton La legge di Dalton si applica nel caso di miscele gassose formate da due o più gas La pressione totale di una miscela gassosa è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas costituenti la miscela Ptot= Pa+Pb+Pc.. o anche In una miscela ciascun gas esercita una pressione proporzionale alla sua concentrazione

18 LEGGE DI RAOULT (usata per composti simili cioè liquidi miscibili) Il numero di particelle che dal liquido tendono a passare alla fase gassosa dipende anche dal numero delle particelle presenti nell unità di volume Pertanto, la tendenza del solvente a passare alla fase gassosa diminuisce al crescere della concentrazione del soluto (ci sono meno particelle di solvente per unità di volume!) se abbiamo una soluzione : A(soluto) + (B solvente) La pressione di Vapore P della soluzione è data da Ptot = Pa+Pb Questo significa che la soluzione ha sempre una pressione di vapore inferiore a quella del solvente puro DA qui le proprietà correlate

19 PROPRIETA COLLIGATIVE (o correlate ) Soluzione ideale: 1) il volume della soluzione è uguale alla somma dei volumi delle singole sostanze che la costituiscono 2) la formazione di una soluzione, a partire dai componenti, è atermico (no scambio calore) Solo soluzioni contenenti sostanze strutturalmente simili rispettano queste ipotesi, o se le concentrazioni sono basse In questo ambito, le proprietà della soluzione dipendono solo dal numero di particelle!!(quindi non molecole) presenti in soluzione. Sono le PROPRIETA COLLIGATIVE

20 PROPRIETA COLLIGATIVE 1. Abbassamento della Pressione di vapore 2. innalzamento della temperatura di ebollizione 3. abbassamento della temperatura di congelamento 4. Pressione Osmotica In questo ambito, le proprietà della soluzione dipendono solo dal numero di particelle!!(quindi non molecole) presenti in soluzione. Sono le PROPRIETA COLLIGATIVE

21 PROPRIETA' delle SOLUZIONI Alcune proprietà dette PROPRIETA' COLLIGATIVE o CORRELATE delle soluzioni NON dipendono dalla natura chimica del soluto o solvente MA SOLO dalla CONCENTRAZIONE

22 ABBASSAMENTO DELLA PRESSIONE DI VAPORE La presenza del soluto abbassa la pressione di vapore del solvente ed è direttamente proporzionale alla concentrazione della soluzione è la [soluto] (qualunque esso sia) < è la Pressione di vapore INNALZAMENTO DELLA TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE Una soluzione bolle a temperatura superiore a quella del solvente puro; L'Innalzamento del punto di ebollizione è proporzionale alla concentrazione della soluzione. es. acqua e sale ABBASSAMENTO DELLA TEMPERATURA DI CONGELAMENTO Una soluzione passa allo stato solido a temperatura inferiore a quella del solvente puro, l'abbassamento del punto di congelamento (o crioscopico) è proporzionale alla concentrazione della soluzione Es. sale sulla neve PRESSIONE OSMOTICA (segue)

23 OSMOSI L OSMOSI è il processo attraverso il quale molecole di solvente liquido passano attraverso una membrana con fori di dimensioni tali da impedire il passaggio del soluto Il solvente puro (a dx) ha una tensione di vapore più alta della soluzione, per cui si ha una differente velocità di migrazione delle molecole di solvente attraverso la membrana la velocità di passaggio da solvente puro a soluzione è più veloce del pasaggio inverso per questo il contenitore ha un livello più basso in corrispondenza del solvente puro

24 DIFFUSIONE E PRESSIONE OSMOTICA La migrazione di una sostanza da una zona di maggiore concentrazione ad una di minore concentrazione è detta DIFFUSIONE La diffusione fa si che il risultato del mescolamento di due soluzioni diverse sia una soluzione con concentrazione uniforme. In presenza di una membrana semipermeabile, ciò non avviene e una delle due soluzioni sarà sempre più concentrata Alternativamente, si può arrestare la migrazione aumentando la pressione sulla soluzione a più alta concentrazione. La PRESSIONE OSMOTICA è la pressione che si deve esercitare per raggiungere l equilibrio osmotico (cioè per FERMARE il flusso di solvente)

25 membrana semipermeabile (fa passare solo il solvente) solvente con soluto A B solvente puro Pressione osmotica = flusso di solvente (osmosi) pressione che occorre esercitare su A per bloccare il flusso osmotico

26 PRESSIONE OSMOTICA SOLVENTE SOLUZIONE P idrostatica

27 Legge di van t Hoff Jacobus Henricus van 't Hoff Rotterdam (1852) - Steglitz (1911) Premio Nobel per la Chimica 1901 la pressione osmotica, intesa come la pressione che si deve applicare per impedire la diluizione del soluto, viene misurata quantitativamente con la relazione di Van't Hoff: = pressione osmotica V = n RTi da cui: = RT n/v (n/v = molarità) i = RTMi dove: R = costante dei gas = [l][atm][mol] -1 [K] -1 ; T = temperatura assoluta in K; M= concentrazione della soluzione [mol] [l] -1 ; i = fattore di correzione che tiene conto del numero di molecole in soluzione ( derivanti dalla eventuale dissociazione del soluto);

28 La pressione osmotica in un liquido nel quale sono disciolte più sostanze è quindi fornita dall'equazione di Van't Hoff. In questo caso, la concentrazione, Mi,deve rappresentare la concentrazione totale di tutte le particelle che non possono attraversare la membrana. Questa concentrazione M i = prende il nome di osmolarità della soluzione. Il suo valore è dato dalla somma di tutte le particelle che non attraversano la membrana. IMP!!! IMPORTANTE!!!!! l'osmolarità del liquido intracellulare è osmol/l. Questo significa che in un litro di questo liquido vi sono 0.3 N ( N = numero di Avogadro = ) = molecole che non attraversano la membrana. La pressione osmotica del liquido intracellulare è dunque: = 0.30 [osmol/l] [atm l/mol K] ( )[K] = 7.9 atm

29 Pressione Osmotica e Sangue IMP!! Le membrane cellulari sono membrane semipermeabili La pressione osmotica non puo cambiare, altrimenti le cellule vengono danneggiate Il flusso di acqua da un globulo rosso verso l ambiente deve essere all equilibrio Una soluzione Isotonica ha la stessa pressione osmotica delle cellule del sangue 5% glucosio e 0.9% NaCl

30 SOLUZIONE ISOTONICA: soluzione che contiene lo stesso numero di particelle (stessa osmolarità, stessa ) di una soluzione di riferimento. SOLUZIONE IPERTONICA: soluzione che contiene un maggior numero di particelle (maggiore osmolarità, maggiore ) di una soluzione di riferimento. SOLUZIONE IPOTONICA: soluzione che contiene un minor numero di particelle (minore osmolarità, minore ) di una soluzione di riferimento.

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32 Si può dire anche Si definisce isotonica una pressione osmotica pari a quella esercitata dal liquido extracellulare attraverso le membrane cellulari. La concentrazione isotonica è solitamente riferita al sangue umano: l'isotonia rispetto ai globuli rossi è prodotta da una soluzione allo 0.9% p/v di NaCl in acqua (la più semplice soluzione fisiologica).

33 Anche l acqua ed altre piccole molecole non gassose, come per esempio l urea, prodotto derivato degli amminoacidi attraversano le membrane senza dispendio di energia, passando tra le molecole di lipidi per osmosi. L osmosi è un fenomeno che si verifica tra due soluzioni a concentrazioni diversa per passaggio di solvente, attraverso la membrana che le separa dalla soluzione meno concentrata, o ipotonica, a quella più concentrata, o ipertonica. Il passaggio si arresta quando le due soluzioni raggiungono la stessa concentrazione. Le membrane che permettono l osmosi, come quelle biologiche vengono definite semipermeabili perché lasciano passare il solvente, ma non il soluto; la differenza di concentrazione delle soluzioni con cui sono in contatto determina sulla loro superficie una pressione, chiamata osmotica La pressione osmotica in una cellula come il globulo rosso, immersa in una soluzione ipotonica, può essere tanto alta da far scoppiare la cellula stessa: l acqua infatti, entra nella cellula fino a farla gonfiare e spezzare quindi, la sua membrana.,(emolisi) Una cellula (globulo rosso) immersa in una soluzione ipertonica, viceversa, lascerà uscire l acqua dal suo interno e si raggrinzirà. (PLASMOLISI)

34 La dimostrazione classica della pressione osmotica e dell osmosi: eritrociti posti in soluzioni a osmolarità variabile emolisi plasmolisi plasmolisi emolisi

35 In medicina.. Le soluzioni isotoniche, come la soluzione fisiologica (NaCl allo 0,9%) o il destrosio al 5%, hanno un osmolarità vicina a quella plasmatica (tra 240 e 340 mosm/l). Tali soluzioni sono in equilibrio con il flusso sanguigno e non incidono sul movimento dei liquidi verso e dalle cellule endoteliali delle vene. Per tale ragione essi sono i diluenti più comuni per numerosi farmaci somministrati per via endovenosa (per esempio la vancomicina).

36 In medicina.. Le soluzioni ipotoniche, come per esempio l acqua sterile, hanno un osmolarità inferiore a mosm/l. Tali soluzioni, quando entrano nel flusso sanguigno, causano il movimento dell acqua nelle cellule endoteliali della vena; il risultato può essere un irritazione della vena o una flebite, se le cellule attirano troppa acqua fino a scoppiare. Per questa ragione, l acqua sterile e le altre soluzioni ipotoniche non sono general mente infusioni adatte di per sé, ma possono essere utilizzate per diluire i farmaci ipertonici, specialmente nelle persone che hanno una quantità di liquidi in circolo limitata, come i bambini e i neonati.

37 In medicina.. Le soluzioni ipertoniche hanno invece un osmolarità superiore a mosm/l con valori che raggiungono anche mosm/l e richiamano acqua dalle cellule dei vasi endoteliali nel lume vascolare, causando il loro restringimento e l esposizione della membrana a ulteriori danni (flebiti chimiche, irritazioni,trombosi). Tra le soluzioni fortemente ipertoniche ci sono per esempio la soluzione glucosata al 20% (1.112 mosm/l) e il bicarbonato all 8,4% (2.000 mosm/l). L osmolarità delle soluzioni ipertoniche può provocare danni all endotelio della vena, innescando un processo infiammatorio e lo sviluppo di flebite. Solitamente queste soluzioni non sono diluenti adatti. In letteratura è dimostrato che le soluzioni ipertoniche che superano i 600 mosm/l possono indurre una flebite chimica in una vena periferica entro 24 ore. Una soluzione ipertonica può essere infusa in modo sicuro attraverso una vena centrale; il grande volume di sangue in una vena centrale diluisce la soluzione, abbassando la sua osmolarità (tonicità). Invece in una vena periferica il volume di sangue non è adeguato per garantire un emodiluizione significativa; di conseguenza la soluzione ipertonica attira l acqua dalle cellule endoteliali della vena, provocando una contrazione e lasciando la vena vulnerabile a flebiti, inflitrazioni e trombosi.

38 PRESSIONE ONCOTICA Porzione della pressione osmotica dovuta alle macromolecole Indice di funzionalità epatica Nel plasma umano: Proteina PM, kda Concen tr g/l Press oncotica mmhg Albumina Globuline Fibrinogen o Totale