Si definisce soluzione un sistema omogeneo (costituito da una sola fase) con più di un componente

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1 Lezione 14 1.Soluzioni 2.Concentrazione 3.Proprietà colligative 1.Legge di Raoult 2.Abbassamento crioscopico 3.Innalzamento ebullioscopico 4.Pressione osmotica

2 Le Soluzioni Si definisce soluzione un sistema omogeneo (costituito da una sola fase) con più di un componente - La specie chimica presente nella soluzione in quantità più abbondante viene detta SOLVENTE - Le altre specie sono dette SOLUTI

3 Tipi di soluzione Tipo di soluzione gassosa liquida solida Soluto Solvente Esempi gas gas O 2 in N 2 liquido gas H 2 O in N 2 solido gas I 2 in O 2 gas liquido CO 2 in H 2 O liquido liquido CH 3 COOH in H 2 O solido liquido AgNO 3 in H 2 O gas solido H 2 in Pd liquido solido Hg in Cd solido solido Cu in Au Le soluzioni più comuni sono tuttavia quelle di solidi nei liquidi e, in particolare, quelle in cui il liquido solvente è l acqua (soluzioni acquose)

4 Dissoluzione di un solido ionico in acqua Le molecole di acqua polari si orientano in modo da avvicinare la parte positiva (idrogeno) agli ioni negativi del solido ionico. L attrazione tra l acqua e lo ione è più forte dell attrazione fra gli ioni, quindi lo ione viene rimosso dal reticolo cristallino. Lo stesso accade per gli ioni positivi, circondati dagli atomi di ossigeno (negativi) delle molecole di acqua.

5 Solubilizzazione Su questa pagina c è una animazione flash. Per procedere devi cliccare col pulsante destro e selezionare riproduci

6 Gli elettroliti in soluzione acquosa Gli elettroliti sono composti che, in soluzione, si dissociano parzialmente o totalmente in particelle solvatate cariche elettricamente, dette ioni: gli ioni positivi (cationi) e quelli negativi (anioni) sono sempre presenti nella soluzione in numero di moli tale che la somma delle cariche sia nulla => elettroneutralità. Elettroliti forti: si dissociano completamente A m B n m A n+ (aq) + n B m- (aq) (es. Sali NaCl, acidi e basi forti, HCl, HNO 3, KOH) Elettroliti deboli: non si dissociano completamente A m B n m A n+ (aq) + n B m- (aq) (equilibrio omogeneo)

7 Modi di esprimere la concentrazione delle soluzioni Per definire la quantità di soluto presente in una determinata quantità di solvente si usa il termine concentrazione Le unità che esprimono la concentrazione possono essere raggruppate in due categorie: unità pesopeso (percentuale in peso, frazione molare, molalità) e unità peso-volume (molarità, normailtà)

8 % in peso Percentuale in peso, %: grammi di soluto disciolti in 100g di soluzione Es. preparare 40 g di una soluzione al 3% in peso di glucosio in acqua Una soluzione al 3% è fatta di 3g di soluto e 97g di solvente (3g di soluto in 100g di soluzione) 3 : 100 = x : 40 => x = 1,2g di glucosio Si peseranno pertanto 1,2 g di glucosio e si aggiungeranno 38,80g di acqua, per avere 40g tot. di soluzione

9 Frazione molare Frazione molare, X i : rapporto tra il numero di moli del componente i-esimo e la somma del numero di moli di tutti i componenti la soluzione: X i = n i /n tot La somma delle frazioni molari è sempre pari a 1 Es. Calcolare le frazioni molari dei componenti in una soluzione costituita da 40g di NaCl e 100g di acqua moli (NaCl) = 40g/58,45 = 0,684 mol moli (H 2 O) = 100g/18 = 5,56 mol moli tot. = 6,24 mol X NaCl = 0,684/6,24 = 0,110; X H2O = 5,56/6,24 = 0,890

10 Molalità m=n/massa solvente Molalità, m : numero di moli di soluto disciolte in 1000g di solvente. Es. preparare 400g di una soluzione acquosa 0,07m (molale) di glucosio. Dalla definizione di molalità, 0,07xPM(glucosio) = 0,07x180 = 12,6g di glucosio devono essere sciolti in 1000g di acqua, per dare 1012,6g di soluzione. Allora: 12,6 : 1012,6 = x : 400 x = 4,977g di glucosio La soluzione verrà quindi preparata sciogliendo 4,977g di glucosio in (400 4,997) = 395,023g di acqua.

11 Molarità M=n/V soluzione Molarità, M : numero di moli di soluto disciolte in 1 litro (1000 ml) di soluzione Es.1. Preparare 250 ml di una soluzione acquosa 0,35 M (molare) di NaNO 3. 0,35 moli di NaNO 3 (0,35 x PM = 0,35 x 84 = 29,74g) devono essere sciolte in una quantità di acqua tale che il volume finale della soluzione sia pari a 1000 ml. Allora: 29,74 : 1000 = x : 250 x = 7,438g di NaNO 3 Se il volume di sale disciolto si considera trascurabile, basterà sciogliere 7,438g di NaNO 3 in 250 ml di acqua.

12 Diluizioni Es.2. Calcolare la concentrazione molare di una soluzione acquosa di NaCl ottenuta aggiungendo 200 ml di acqua a 400 ml di una soluzione 0,35M di NaCl. Moli (NaCl) = 0,35M x 0,400 L = 0,140 mol Concentrazione di NaCl dopo la diluizione = moli/ V tot = = 0,140 mol/0,600 L = 0,233 M Oppure si può applicare direttamente la formula: *** M = (M x V)/ V = 0,35 x 400/600 = 0,23 M

13 Le Proprietà colligative Sono proprietà delle soluzioni che dipendono esclusivamente dalla presenza del soluto. In particolare la loro entità dipende solo dal numero di particelle di soluto presenti nella soluzione e non dalla natura del soluto. Sono: La legge di Raoult L innalzamento ebullioscopico L abbassamento crioscopico La pressione osmotica

14 Tensione di vapore e legge di Raoult Su questa pagina c è una animazione flash. Per procedere devi cliccare col pulsante destro e selezionare riproduci

15 La legge di Raoult In una soluzione la pressione di vapore del solvente viene influenzata dalla presenza di un soluto non volatile ed è proporzionale alla frazione molare del solvente: P i = x i P i Dove: P i = tensione di vapore del solvente in soluzione P i = tensione di vapore del solvente puro x i = frazione molare del solvente in soluzione

16 Sappiamo dalla legge di Raoult (P i = x i P i ) che, in una soluzione di un soluto non volatile, la tensione di vapore P i è proporzionale alla x i e alla tensione di vapore del solvente puro P i. La P dipende dalla natura del solvente (P i ) ma non da quella del soluto: per il soluto, infatti, conta solo il numero di moli x solvente = 1 x soluto Se chiamiamo x soluto = x 2 allora P = P (1-x 2 ) da cui P - P = P x 2 e (P - P)/P = x 2 l'abbassamento relativo della tensione di vapore di una soluzione è numericamente uguale alla frazione molare del soluto La relazione è valida per soluzioni diluite: solo in questo caso sono trascurabili le deviazioni cui è soggetta la legge di Raoult con soluzioni reali.

17 Abbassamento crioscopico/innalzamento ebull. Su questa pagina c è una animazione flash. Per procedere devi cliccare col pulsante destro e selezionare riproduci

18 Proprietà colligative: Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico Se si aggiunge un soluto all acqua il diagramma di stato subisce delle variazioni:

19 Proprietà colligative Effetto del soluto sulle proprietà del solvente (acqua) Se si aggiunge un soluto all acqua Il numero di molecole che lasciano la fase liquida per la fase solida diminuisce. liquido + solido a 0 acqua ghiaccio

20 Proprietà colligative Effetto del soluto sulle proprietà del solvente (acqua). La temperatura alla quale si raggiunge l equilibrio sarà più bassa. La presenza del soluto abbassa il punto di fusione liquido + solido a 0 acqua ghiaccio

21 Proprietà colligative Abbassamento crioscopico Il punto di fusione (o di congelamento) sarà abbassato ΔT f = K f m Costante crioscopica (caratteristica del solvente) molalità (moli soluto/kg solvente) liquido + solido sotto lo 0 acqua ghiaccio

22 Il numero di molecole che lasciano la fase liquida per la fase gassosa diminuisce. La temperatura alla quale si raggiunge l equilibrio sarà più alta La presenza del soluto Innalza il punto di ebollizione gas + liquido a 100 gas + liquido sopra i 100

23 Proprietà colligative: Innalzamento ebullioscopico Il punto di ebollizione sarà più alto ΔT b = K b m Costante ebullioscopica (caratteristica del solvente) Molalità (moli soluto/kg solvente)

24 Effetti del soluto sui punti di congelamento ed ebollizione di una soluzione: 1. Il punto di congelamento è più basso 2. Il punto di ebollizione è più alto solido calore liquido calore gas Punto di fusione (0 ) (congelamento) Punto di ebollizione (100 )

25 Proprietà colligative: Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico Se si aggiunge un soluto all acqua il diagramma di stato subisce delle variazioni:

26 Proprietà colligative Effetto del soluto sulle proprietà del solvente (acqua). La Pressione osmotica Membrana semipermeabile (permeabile solo alle molecole d acqua)

27 Pressione osmotica Su questa pagina c è una animazione flash. Per procedere devi cliccare col pulsante destro e selezionare riproduci

28 La Pressione osmotica (P) L acqua tende a spostarsi dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata, per ristabilire l equilibrio nel sistema, producendo una pressione aggiuntiva Costante dei gas Concentrazione molare Π = CRT Temperatura assoluta

29 Pressione osmotica Le proprietà osmotiche sono importanti nei fenomeni biologici: tutte le cellule sono circoscritte da membrane semipermeabili, attraverso le quali passano molecole o ioni piccoli, ma non le proteine. Sono importanti anche nel campo medico: per esempio, quando si effettua una fleboclisi (immissione di soluzioni nutritive o medicinali nel sangue), è necessario che la soluzione sia isotonica (cioè con la stessa P) con quella del sangue; se essa fosse ipotonica (minore P per la soluzione), il solvente tenderebbe a penetrare nelle cellule fino anche alla rottura della membrana; se invece fosse ipertonica (P maggiore), il solvente uscirebbe dalle cellule, facendole raggrinzire e contrarre fino ad impedirne l'attività

30 Globuli rossi La concentrazione dei soluti è la stessa all interno e all esterno delle cellule La concentrazione dei soluti all interno e inferiore di quella all esterno La concentrazione dei soluti all interno e maggiore di quella all esterno Nel primo caso (soluzione isotonica) la pressione interna e quella esterna sono bilanciate; nel secondo caso (soluzione ipertonica) predominano le pressioni esterne, con riduzione del volume; nel terzo caso (soluzione ipotonica) predominano le pressioni interne, con aumento del volume della cellula.