PROPRIETA DELLE SOLUZIONI

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Marino Rosati
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1 1 11 PROPRIETA DELLE SOLUZIONI

2 2 SOLUZIONI IDEALI H mix = 0 le interazioni fra le molecole di soluto e di solvente puri sono paragonabili a quelle fra soluto e solvente; durante il processo di dissoluzione non si ha sviluppo o assorbimento di energia. Le soluzioni reali approssimano bene il modello ideale quando sono diluite e formate da soluti non volatili.

vapore di ogni componente è proporzionale alla sua frazione molare VARIAZIONE

3 1) SOLUZIONE IDEALE FORMATA DA A e B VOLATILI COMPLETAMENTE MISCIBILI MISCELA LIQUIDA BINARIA 3 Legge di Raoult P i = x i P i A T costante, la pressione di vapore di ogni componente è proporzionale alla sua frazione molare VARIAZIONE DELLA PRESSIONE DI VAPORE DELLA SOLUZIONE BENZENE-TOLUENE P tot = P A + P B = x A P A + x B P B

4 VARIAZIONE DELLA TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE DELLA SOLUZIONE (P=1 atm) DIAGRAMMA DI STATO LIQUIDO-VAPORE T La curva inferiore correla la temperatura di ebollizione con la concentrazione: al di sotto di tale curva esiste solo liquido. La curva superiore correla la temperatura di condensazione con la concentrazione: al di sopra di tale curva esiste solo vapore. Lungo le due curve e al loro interno esiste un equilibrio liquido vapore. 4

5 5 SOLUZIONI NON IDEALI H mix 0 Deviazione dalla legge di Raolut: legge di Henry Miscele azeotropiche Nel caso di miscele azeotropiche si ha una particolare composizione della soluzione per cui il liquido bolle inalterato, cioè il liquido passa a vapore mantenendo la stessa composizione; questo comportamento è tipico delle sostanze pure per cui quando si passa da liquido a vapore la temperatura rimane costante durante tutto il processo di evaporazione. Nelle miscele invece (vedi diagramma a lente precedente) la temperatura di evaporazione non è unica, ma è data da un intervallo di T.

Deviazione positiva dalla legge di Raoult: interazioni deboli fra soluto e solvente; P soluzione maggiore di quelle dei due componenti; esiste una composizione

6 Deviazione positiva dalla legge di Raoult: interazioni deboli fra soluto e solvente; P soluzione maggiore di quelle dei due componenti; esiste una composizione della miscela che bolle a temperatura più bassa rispetto a ciascun componente. 6 azeotropo di minimo P sol p.e. H 2 O/C 2 H 5 OH p.e.=78.17 C P=1 atm 4% peso H 2 O

Deviazione negativa dalla legge di Raoult: interazioni forti fra soluto e solvente; P soluzione minore di quelle dei due componenti; esiste una composizione della

7 Deviazione negativa dalla legge di Raoult: interazioni forti fra soluto e solvente; P soluzione minore di quelle dei due componenti; esiste una composizione della miscela che bolle a temperatura più alta rispetto a ciascun componente. 7 azeotropo di massimo P sol p.e. H 2 O/HCl p.e. max = C P=1 atm % peso di HCl

8 DISTILLAZIONE FRAZIONATA 8 Tecnica usata per separare due liquidi miscibili fra loro. Comportamento ideale (legge di Raoult); i componenti la miscela devono avere p.e. abbastanza diversi; il vapore deve avere sempre composizione diversa dal liquido (miscele zeotropiche).

9 9 Se si parte da H, si distilla la miscela e rimane B. Se si parte da D si distilla ancora la miscela ma rimane A Se si parte da F, si distilla A e rimane la miscela azeotropica. Se si parte da G si distilla B e rimane la miscela azeotropica.

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11 2) SOLUZIONI IDEALI FORMATE DA SOLVENTE LIQUIDO VOLATILE A e SOLUTO SOLIDO NON VOLATILE B Per queste soluzioni alcuni parametri fisici non dipendono dalla natura delle particelle presenti, ma solamente dalle quantità relative di soluto e di solvente. 11 PROPRIETÀ COLLIGATIVE 1) abbassamento della pressione di vapore 2) innalzamento del punto di ebollizione 3) abbassamento del punto di congelamento 4) pressione osmotica

Abbassamento della pressione di vapore di una soluzione Solvente puro A in un volume V: lo strato superficiale sarà occupato solo da molecole di A Solvente A liquido e soluto B solido

12 Abbassamento della pressione di vapore di una soluzione Solvente puro A in un volume V: lo strato superficiale sarà occupato solo da molecole di A Solvente A liquido e soluto B solido non volatile in un volume V: lo strato superficiale del liquido sarà occupato sia da molecole di A e che da molecole di B. 12 Minor numero di molecole di solvente che passano in fase vapore

13 13 A solvente liquido volatile B soluto solido non volatile P soluz = x A P A = (1 - x B ) P A = P A - x B P A P A - P soluz = x B P A P A > P soluz P P P = x B P A P/ P/P A = x B Abbassamento della pressione di vapore Abbassamento relativo della pressione di vapore

14 Innalzamento temperatura ebullioscopica di una soluzione conseguenza dell abbassamento della pressione di vapore: se la pressione di vapore della soluzione è più bassa rispetto a quella del solvente puro, allora la temperatura di ebollizione della soluzione sarà maggiore rispetto alla temperatura di ebollizione del solvente puro. LA SOLUZIONE BOLLE A TEMPERATURA PIÙ ALTA RISPETTO AL SOLVENTE PURO 14 T eb = K eb m N.B. si usa m perchè indipendente da V Abbassamento della temperatura di congelamento della soluzione Una soluzione congela ad una temperatura più bassa rispetto al solvente puro. T cr = K cr m K cr K eb = costante crioscopica o ebullioscopica molale

15 15

16 16 Costanti ebullioscopiche, K eb (K mol -1 Kg) e crioscopiche, K cr (K mol -1 Kg) di alcuni solventi Solvente T eb / C T cr / C K eb K cr Acqua, H 2 O 100,0 0,00 0,512 1,858 Benzene, C 6 H 6 80,2 5,46 2,61 5,10 Acido acetico, CH 3 COOH 118,5 16,60 3,08 3,59 Cicloesano, C 6 H 12 80,74 6,55 2,79 20,0

17 17 Determinare la % in massa di glicole etilenico (CH 2 OHCH 2 OH) presente nella miscela antigelo acqua-glicole affinché questa fornisca una protezione antigelo fino a -40 ºC? T cr = 273 K; Tcr = 233 K; K cr (H 2 O) = 1,858 K mol -1 Kg

18 Pressione osmotica Pressione osmotica OSMOSI: passaggio di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile (non permeabile alle molecole di soluto). Il solvente passa da una soluzione più diluita ad una più concentrata. Fenomeno che si osserva nelle membrana cellulare, che può essere attraversata dall acqua ma non da zuccheri e proteine che rimangono all interno della cellula. 18

19 Si verifica un flusso di molecole di solvente che passa dall acqua pura alla soluzione zuccherina e viceversa. Il flusso sarà maggiore dall acqua pura perché qui le molecole di solvente sono più numerose. Si raggiunge un equilibrio non quando le due soluzioni hanno la stessa concentrazione (ciò non si raggiungerebbe mai), ma quando la pressione esercitata dalla soluzione sulla membrana impedisce il passaggio di altre molecole di solvente 19

20 20 Desalinizzazione dell acqua di mare Se si pone acqua di mare in un contenitore a contatto, attraverso una membrana semipermeabile, con un contenitore di acqua, e vi si applica sulla superficie una pressione maggiore rispetto alla sua pressione osmotica (ca. 8 atm), si ha il passaggio di acqua dall acqua di mare al contenitore di acqua pura osmosi inversa

21 Le proprietà colligative dipendono solo dalla concentrazione del soluto, cioè dal numero di particelle in soluzione, quindi se siamo in presenza di sostanze che si dissociano il numero delle particelle in soluzione sarà maggiore rispetto alla concentrazione teorica. 21 Tutte le equazioni relative alle proprietà colligative fin qui descritte sono applicabili a soluzioni di non elettroliti. NON ELETTROLITI sostanze che in soluzione acquosa non si dissociano in ioni (zucchero). P = x B P A T cr = K cr m T eb = K eb m π = c m R T

22 ELETTROLITI FORTI: sostanze che in soluzione acquosa si dissociano totalmente in ioni (NaCl e HCl). 22 P = x B P A T cr = ν K cr m T eb = ν K eb m π = ν c m R T x B = νn B /(νn B + n A ) ν = numero di ioni in cui si dissocia il soluto

23 ELETTROLITI DEBOLI sostanze che in soluzione acquosa si dissociano parzialmente in ioni (CH 3 COOH). Grado di dissociazione α i = fattore di van t Hoff = fattore correttivo della concentrazione i = [1 + (ν-1)( 1)α] ν = num. di ioni in cui si dissocia il soluto α = n diss /n tot 0 < α < 1 23 P = x B P A T cr = i K cr m T eb = i K eb m π = i c m R T

24 24 Calcolare la pressione minima da esercitare sull acqua marina per avere, per osmosi inversa, acqua desalinizzata. T = 18 ºC ; sale (NaCl) = 3,5 %; d = 1,0 g/cm 3 π = i c m RT 3,5% = g 1 1 0,598 mol Kg (mol l ) 1 58,5 g mol = π = 2 0,598 0, = 28,6 atm

25 25 Solubilità di NaCl (0ºC) in H 2 O = 25,33% ; K f = 1,858 K mol -1 Kg) Calcolare fino a quale temperatura è efficace il cloruro di sodio per fondere il ghiaccio sulle strade.

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