Soluzioni. Definizioni. Unità di concentrazione. Si definisce soluzione una miscela omogenea di 2 o più componenti occupanti la stessa fase.

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1 Definizioni Si definisce soluzione una miscela omoenea di 2 o più componenti occupanti la stessa fase. Soluzioni Una soluzione può essere in: Fase solida (lehe metalliche) Fase liquida (as+liquido, liquido+liquido, solido+liquido) Fase assosa (miscela assosa) In una soluzione in fase liquida distinuiamo: Solvente (componente liquido più abbondante) Soluto (uno o più componenti minori) Le soluzioni acquose sono un caso particolare delle soluzioni in fase liquida: Il solvente è H 2 O I soluti possono essere divisi in due classi: Elettroliti Non elettroliti (NaCl) (lucosio) Unità di concentrazione Le proprietà delle soluzioni dipendono dalle quantità relative delle sostanze che le componono! bisona specificare quantitativamente la composizione di una certa soluzione La CONCENTRAZIONE di una soluzione esprime la composizione quantitativa di quella soluzione Gli elettroliti messi in soluzione danno luoo a formazione di ioni I non elettroliti non formano specie ioniche in soluzione.

2 Le unità di concentrazione possono essere divise in due ruppi Unità del primo ruppo (peso solvente / peso soluzione) (indipendente da T) Basato sul rapporto tra peso del soluto (, n, eq) e peso del solvente o della soluzione Indipendente da T Percentuale in peso Frazione molare Molalità Basato sul rapporto tra peso del soluto (, n, eq) e volume della soluzione Dipendente da T Molarità Normalità Percentuale in Volume Composizione percentuale in peso (%)p = di soluto in 100 di soluzione Frazione molare Rapporto tra numero di moli del soluto e numero di moli totali! Molalità Numero di moli di soluto disciolte in 1000 di solvente! m = n K = n "1000 solv = soluto PM " 1000 solvente x i = n i n tot In caso di soluzioni acquose diluite, molalità = molarità, infatti 1000 di H 2 O occupano 1l e per soluzioni diluite il volume del solvente è praticamente uuale al volume della soluzione. Unità del secondo ruppo (peso solvente / volume soluzione) (dipendente da T) Composizione percentuale in volume (%)v = di soluto in 100ml di soluzione Molarità moli di soluto contenute in 1l di soluzione! Es.: 1 mole di soluto in 1l di soluzione! soluzione 1M 0.5 moli di soluto in 1l di soluzione! soluzione 0.5M 0.5 moli di soluto in 0.5l di soluzione! soluzione 1M Normalità Numero di equivalenti di soluto contenuti in 1l di soluzione! n V = PM "V (l ) Il peso equivalente di una sostanza dipende dalla reazione che si considera: P.E. di un acido: PM/numero H + dissociabili P.E. di una base: PM/n. OH - dissociabili N = n eq V (l ) = P.E."V (l ) Diluizioni In una diluizione la quantità di soluto (n soluto ) rimane invariata Il prodotto tra la concentrazione e il volume di soluzione rimane invariato C 1 V 1 = C 2 V 2! V 2 = C 1 V 1 /C 2 dove: 1= soluzione iniziale 2= soluzione finale (diluita) Se si chiede di calcolare la concentrazione finale di una soluzione ottenuta mescolando due soluzioni a diversa concentrazione, allora bisona risolvere il seuente sistema di equazioni di primo rado: V f C f = (V 1 C 1 ) + (V 2 C 2 ) V f = V 1 +V 2 " (V 1 +V 2 )C f =(V 1 C 1 ) + (V 2 C 2 )! C f = (V 1 " C 1 ) + (V 2 " C 2 ) V 1 + V 2

3 Solubilità dei as nei liquidi: Lee di Henry A temperatura costante, la massa di as disciolta in un dato volume di liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale esercitata dal as sul liquido: c = kp i dove: c = conc. del as nel liquido P i = pressione del as sul liquido k = coefficiente di solubilità Esercizio 1 Determinare in quale volume di soluzione devono essere sciolti 20 di bicarbonato di sodio (NaHCO 3, PM=84) per ottenere una soluzione 0.5M di questo sale. Applichiamo la definizione di Molarità: E ricaviamo il volume: V = PM " M n V = PM " V Se il liquido è in equilibrio con una miscela assosa, per la lee delle pressioni parziali, la solubilità di oni componente è indipendente da quella deli altri. Quindi: V = PM " 20 = 0.476l = 476ml 84 " 0.5 Esercizio 2 Esercizio 3 Calcolare la molalità di una soluzione di acido solforico (H 2 SO 4, PM=98) all 11% in peso. La densità dello ione Na + nel siero del sanue umano è di 3.4/l. Calcolare la molarità. (P.A.= 23) La percentuale in peso ci dice che 100 di soluzione contenono 11 di acido solforico e quindi il solvente sarà: Ricordando che la densità è data dal rapporto: d= /V = 89 Applichiamo: m = soluto PM " 1000 solvente e riarraniando la definizione di Molarità: n V = PM "V = d PM Quindi: m = soluto PM " 1000 solvente = 11" " 89 =1.26m otteniamo: d P = 0.148M

4 Esercizio 4 Quale deve essere la molarità di una soluzione di ammoniaca (NH 3 ) affinché 700ml di questa aiunti a 300ml di ammoniaca 0.2M diano luoo ad una soluzione 0.12M? Siamo di fronte al mescolamento di due soluzioni a diverse concentrazioni dello stesso soluto, quindi applichiamo: (C 1 V 1 )+(C 2 V 2 ) = (V 1 +V 2 )C 3 Quali dati abbiamo? C 1 =? C 2 = 0.2M C 3 = 0.12M V 1 = 0.7l V 2 = 0.3l V 3 =V 1 +V 2 =1l Sostituiamo e troviamo l inconita: C 1 = (V 3 " C 3 ) # (C 2 "V 2 ) 0.12 # 0.06 = = 8.57 "10 #2 M V Esercizio 5 La frazione molare dell azoto in una miscela assosa è 0.8. Tale miscela esercita una pressione di 3 atm su una fase liquida sottostante. Quanti ml di N 2 si sciolieranno nella fase liquida se il suo coefficiente di solubilità è 18.2ml per 1atm? Per la lee di Henry, la quantità di as che si sciolie in un liquido è data da: c = kp i P N2 = x N2 P tot = = 2.4atm Quindi la concentrazione di N 2 in acqua sarà: 18.2ml " 2.4atm c = = 43.68ml atm Esercizio 6 A 25 C e 1atm, la quantità di ossieno che si sciolie in 400ml di acqua è Calcolare la quantità di O 2 che si sciolie a 25 C e 0.3atm nel medesimo volume di acqua. Per la lee di Henry, la concentrazione di soluto e la pressione sono direttamente proporzionali, perciò possiamo scrivere la seuente proporzione: : 1atm = x : 0.3atm Quindi possiamo ricavare l inconita: x = = Esercizio 7 La concentrazione letale di alcool etilico nel sanue è stimata in 0.007/ml di sanue. Sapendo che la densità dell alcool etilico è 0.8/ml e solo il 15% dell alcool inerito viene assorbito nel sanue, quale volume di un superalcolico a 40 (40% in volume di alcool etilico) corrisponde alla dose letale per un individuo il cui volume totale di sanue sia di 7l? d=/v! = d V= 0.007/ml 7000ml = 49! Dose letale di alcool = 49 per 7l di sanue Calcoliamo il volume di alcool in cui è sciolta la dose letale: V = /d = 49 / 0.8/ml = 61.25ml Calcoliamo il volume di alcool letale in una soluzione al 40%: / 0.4 = ml Calcoliamo infine il volume di superalcolico al 40% letale nel sanue: / 0.15 = ml

5 Normalità Si definisce normalità di una soluzione (N) il numero di equivalenti (n eq ) di soluto contenuti in 1l di soluzione N=n eq /V (l) Il numero di equivalenti è dato dal rapporto tra quantità della specie espressa in rammi e il suo peso equivalente n eq = /P.E. Il rammo equivalente corrisponde al peso in rammi pari al valore del P.E. P.E.= PM / x Il peso equivalente (P.E.) è dato dal rapporto tra il PM della specie e una delle seuenti cateorie (x): Numero di H + che una sostanza può cedere o accettare H 2 SO 4 # 2H + + SO 4! P.E.= 98/2 = 49 NH 3 + H + # NH 4 +! P.E.= 17/1 = 17 Numero totale di cariche (positive o neative) che si hanno nella dissociazione NaCl # Na + + Cl -! P.E.= 58.4/1 = 58.4 Fe 2 (SO 4 ) 3 # 2Fe SO 4! P.E.= 400/6 = 66.6 Numero di elettroni scambiati nelle reazioni redox H 2 S + 8 HNO 3 # H 2 SO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O n ossidazione N: passa da +5 a +4! P.E. (HNO 3 ) = 63/1= 63 n ossidazione S: da -2 a +6! P.E. (H 2 S) = 34/8 = 4.2 Esercizio 1 Calcolare la normalità e la molarità di una soluzione di acido solforico (H 2 SO 4 ) ottenuta scioliendo 49 dello stesso in 1l di acqua. (P.M.=98) Esercizio 2 Calcolare la normalità e la molarità di una soluzione di soda caustica (NaOH) ottenuta scioliendo 40 della stessa in 1l di acqua. (P.M.=40) NaOH # Na + + OH -! P.E.= 40/1 = 40 H 2 SO 4 # 2H + + SO 4! P.E.= 98/2 = 49 N = P.E."V = 49 49"1 =1N PM " V = 49 98"1 = 0.5M N = P.E." V = 40 40"1 =1N PM "V = 40 40"1 =1M

6 Esercizio di acido solforico venono sciolti in 2l di acqua. Calcolare la normalità. (P.M.=98) Esercizio 4 Quanti rammi di KOH sono necessari per la completa neutralizzazione di 100ml di HCl 0.8N? (P.M. KOH = 56.1) H 2 SO 4 # 2H + + SO 4! P.E.= 98/2 = 49 n eq = 11.72/49 = In una reazione acido-base, si ha la neutralizzazione quando il n eq di acido e n eq di base sono uuali: n eq (acido) = n eq (base) N= / 2 = 0.119N n eq (HCl)= N V = = 0.08 KOH # K + + OH -! P.E. = PM/1=56.1 = P.E. n eq = = 4.49 Esercizio 5 Quanti rammi di Ba(OH) 2 sono necessari per preparare 100ml di una soluzione 1N? (P 171.3) Esercizio 6 Se 12 di NaOH sono necessari per neutralizzare 400ml di una soluzione di HCl, qual è la normalità della soluzione di HCl? (P.M. NaOH =40) Ba(OH) 2 # Ba OH -! P.E. = PM/2=85.6 Neutralizzazione! n eq (NaOH) =n eq (HCl) = P.E. N V = = 8.56 NaOH # Na + + OH - n eq = 12/40 = 0.3! P.E. = PM/1= equivalenti di NaOH neutralizzano 0.3 equivalenti di HCl N HCl =n eq /V = 0.3/0.4 = 0.75N "

7 Esercizio 7 Calcolare la molarità di una soluzione ottenuta aiunendo a 0.5l di H 2 O, 50ml di una soluzione di NH 3 al 26% in peso, la cui densità è 1.2/ml. (P.M.=17) 50ml di una soluzione al 26% di NH 3 pesano: = d V = = 60 Di questi 60 solo il 26% sono di NH 3! NH3 = = 15.6 Oppure: % " d "1000 PM = 0.26 "1.2 " =18.35M C 1 V 1 =C 2 V 2! C 2 = C 1V " 50 = =1.67M V V tot = ( )l = 0.55l " PM " V = " (0.55) =1.67M Esercizio 8 Nel corso di una prova di funzionalità renale si raccolie l urina di 1h e si misura il contenuto di inulina, un tracciante renale, che risulta essere pari a 75m. La concentrazione plasmatica del tracciante era 1m%. Calcolare il volume di plasma filtrato dai reni in un minuto. [Inulina] Plasma = 1m% = 1m/100ml = 0.01m/ml [Inulina] urina = 75m/1h! in 1min: 75/60 = 1.25m/min C (%peso/volume) = Peso(inulina) / V(soluzione) L inconita è V/min! V min = [I] plasma [I] urina = 1.25m/min 0.01m /ml =125ml /min