Soluzioni. Miscele: (gas in gas) Leghe: (solidi in solidi) Soluzioni p.d: (solventi liquidi)

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1 Soluzioni Sono miscele omogenee in cui si riconoscono 2 componenti o fasi: il soluto, presente in quantità minore il solvente presente in quantità maggiore. Tipi di soluzioni: Miscele: (gas in gas) Leghe: (solidi in solidi) Soluzioni p.d: (solventi liquidi) Aria. E costituita dal 78% di N2 solvente gas e dal 21% di O2 soluto gas Esempio ottone (rame e zinco); oppure acciaio (ferro e carbonio, come anche la ghisa). L acciaio è più resistente del ferro. Il soluto può essere gassoso (CO2 acqua minerale), liquido (soluzioni alcoliche), solido (sale o zucchero). Soluto e solvente non sono riconoscibili tra loro, nemmeno al microscopio. Al contrario, quando sono riconoscibili, si parla di sospensioni, in cui il soluto ha dimensioni maggiori a 1000nm. In tal caso soluto e solvente si possono separare per semplice filtrazione. Una soluzione colloidale, invece, è caratterizzata da una grandezza intermedia delle particelle di soluto (tra 1 e 1000 nm), come la panna, le polveri, il fumo. Si riconoscono per l effetto Tyndall (deviazioni laterali dei raggi di luce che le attraversano). CRITERI DI SOLUBILITA : il simile scioglie il simile SOLUTO è il componente presente in quantità minore. Può essere ionico, come il sale da cucina; polare, come l alcool o l acido fluoridrico oppure apolare, come il grasso. SOLVENTE è il componente presente in quantità maggiore. Può essere polare, come l acqua o apolare, come la benzina. La legge di solubilità afferma che il simile scioglie il simile, dunque soluti ionici o polari sono solubili nei solventi polari come l acqua. In effetti in acqua è possibile sciogliere sali o zuccheri. Soluti apolari come l olio sono solubili nei solventi apolari come la benzina. La solubilità delle diverse sostanze, inoltre, aumenta con l aumentare della temperatura. Una soluzione si dice satura quando contiene la quantità massima di soluto, una soluzione è soprassatura quando il soluto è presente come corpo di fondo. Pag. 1

2 SOLUTI IONICI (sale) POLARI (saccarosio) APOLARI (olio) SOLVENTI POLARI (acqua) POLARI (acqua) APOLARI (benzina) SOLUTI IONICI-SOLVENTI POLARI Lo ione Na + quando viene sciolto in acqua viene circondato da molecole d acqua con la parte negativa della molecola d acqua rivolto vero lo ione Na + e la parte positiva della molecola rivolta verso lo ione Cl -. Le interazioni che si creano sono di tipo ione-dipolo (collegamento-legami). SOLUTI IONICI-SOLVENTI POLARI Nella figura in 3D si osserva lo ione Cl - in verde, circondato da molecole di acqua rivolte con la parte positiva (H + ) verso lo ione negativo (Cl - ). Lo ione Na +, in grigio (sopra), appare invece circondato da molecole d acqua rivolte con l ossigeno (parte negativa del dipolo) verso di esso. Le interazioni che si creano sono di tipo ione-dipolo (collegamento-legami). SOLUTI POLARI DISCIOLTI IN SOLVENTI POLARI Anche l alcol è solubile in H2O, poiché si creano interazioni dipolo- dipolo. Si tratta sempre di attrazioni tra cariche opposte simili a quelle dei poli magnetici. Nella figura l atomo verde è di fluoro (parte negativa), l atomo bianco di idrogeno (parte positiva) e si affacciano sempre come in figura. Si creano interazioni dipolodipolo (legami di van der Waals: collegamento-legami). Pag. 2

3 SOLUTI APOLARI Essendo gli idrocarburi, come i grassi, costituiti in gran parte da molecole apolari, non si possono stabilire con l acqua delle interazioni elettrostatiche e i due componenti restano separati. La figura mostra un idrocarburo, costituito solo da carbonio (azzurro) e idrogeno (bianco) e fa vedere che non ci sono interazioni con l acqua. Solubilità: quantità di soluto che può essere sciolta in 100 g di sovente (a temp=20 C e pressione=1 atm) Solventi polari (H2O) Solubili Insolubili Ossidi (sia acidi che basici) Acidi (tutti HA-> H + +A - ) Idrossidi (quasi tutti MeOH->Me + +OH - ) Idrossidi di metalli pesanti e di Ca 2+, Sr 2+ Sali (CA->C + +A - ) Eccezioni Alogenuri di Ag +, Hg ++, Pb ++ Solfuri _S 2- Carbonati _CO 3 2- Fosfati _PO 4 3- Cromati_CrO 4 - Sali di ammonio NH 4 + Solfati (SO 4 2- ) di Ca 2+, Ba 2+, Sr 2+, Pb 2+ Pag. 3

4 METODI PER ESPRIMERE LA CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI Alcune caratteristiche delle soluzioni sono diverse da quelle del solvente puro e dipendono dalla concentrazione di esse (proprietà colligative). Tra queste sono molto importanti l innalzamanto ebullioscopico (ATe= K eb m, dove K eb = dipende dal solvente, per l acqua è pari a 0,51kg/moli e m= molalità) e l abbassamento del punto crioscopico (A T= K c m, dove m= molalità e k c dipende dal solvente, per l acqua è 1,86). Pertanto è fondamentale saper esprimere la concentrazione delle soluzioni. Metodi Fisici Per prepararle occorre la bilancia. %P = 100 Per prepararle occorre il cilindro graduato %V = = 100 %P/V = 100 D = Per prepararle occorrono sia il contenitore graduato che la bilancia Massa e volume si riferiscono solo alla soluzione e non al soluto Dalla percentuale del peso, riesco a trovare la percentuale P/V della soluzione con la sola formula %P D = % P/V Metodi Chimici M = = l -1 N = = M = l -1 Mol = = Kg -1 Pag. 4

5 X = X = frazione molare Altre formule risolutive M= = mol = DILUIZIONI: Nelle diluizioni con solo acqua il numero di moli di soluto non varia, poiché in effetti aggiungo solo il solvente. La nuova concentrazione molari sarà dunque data dal M=numero di moli della soluzione concentrata/ volume totale (V1+V2) Vale comunque la regola che Ma Va = Mb Vb Se invece mescolo due soluzioni a concentrazione diversa la concentrazione molare sarà data dal rapporto tra la somma delle moli e la somma dei volumi (n1+n2/v1+v2. Se ho le molarità anziche il numero di moli, si può applicare la formula M= ESERCIZI: A)Ho a disposizione 125ml una soluzione di NaOH 0,25M. Calcolare la molarità se porto il volume a 200 ml. V a = 125 ml M a = 0,25 l V b = 200 ml M b =? M a V a = M b V b Pag. 5

6 M b = formula risolutiva M b = = 0,156 l -1 B) Calcola la molarità di una soluzione in cui 25 g H 2 SO 4 sono stati sciolti in 300 ml di soluzione. m H 2 SO 4 = 25,5 g V S = 300 ml M=? M = = = 0,87 l -1 formula risolutiva C)Una soluzione viene ottenuta solubilizzando 1,005g di acido citrico in 50 ml m C 6 H 8 O 7 = 1,005 g VS = 50 ml %P/V=? M =? % p/v = 100 = formula risolutiva M = = 0,1 l -1 formula risolutiva Pag. 6