Espressioni di concentrazione di una soluzione
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- Giacomo Campana
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1 SOLUZIONI Una soluzione è un sistema fisicamente omogeneo costituito da due o più componenti: il solvente e il soluto (o i soluti. Il solvente è il componente presente, in genere ma non di regola, in maggior quantità rispetto agli altri. Esso può essere un solido, un liquido o un gas. Il soluto o i soluti possono essere solidi, liquidi o gas. Le soluzioni più comuni (soluzioni liquide sono caratterizzate dal solvente allo stato liquido e dal soluto allo stato solido, liquido o gassoso. La composizione di una soluzione indica le quantità relative dei componenti. La composizione di una soluzione è definita in modo quantitativo mediante la concentrazione. La concentrazione indica la quantità di soluto, espressa in unità di peso, di volume o in moli, disciolto in un certo volume o peso di soluzione o di solvente puro. La concentrazione può essere espressa in unità fisiche o unità chimiche. 1
2 Espressioni di concentrazione di una soluzione Concentrazione espressa in unità fisiche Percentuale in peso (massa % o w i % Indica la massa di soluto (in grammi contenuta in 100 g di soluzione. % (massa % w i massa soluto (g massa soluzione (g 100 Percentuale in volume (volume % o V i % Indica il volume di soluto (in millilitri contenuto in 100 ml di soluzione. % (volume % V i volume soluto (ml volume soluzione (ml 100 2
3 Parti per milione (ppm Quando la quantità di soluto è molto piccola, essa viene spesso indicata in parti per milione. ppm i (in massa massa soluto (mg massa soluzione (Kg volume soluto (ml ppm (in volume i 3 volume soluzione (m Peso di soluto per volume di soluzione (c i (m/v Rappresenta la massa di soluto per unità di volume di soluzione. Molto impiegate sono le unità di misura g l (equivalente a Kg m -3 oppure g ml. c i (m/v massa soluto volume soluzione 3
4 Concentrazione espressa in unità chimiche Frazione molare (x i La frazione molare di un componente di una soluzione è il rapporto tra il numero di moli di quel componente ed il numero di moli totali della soluzione. x soluto n n soluto soluto + n solvente x solvente n soluto nsolvente + n Le frazioni molari assumono sempre valori compresi fra 0 X 1 La somma delle frazioni molari di una soluzione è sempre 1. solvente Molalità (m Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente puro m (mol Kg moli soluto (mol massa solvente (Kg 4
5 Molarità (M Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1litro di soluzione. M (mol l moli soluto (mol volume soluzione (l Normalità (N Esprime il numero di equivalenti di soluto contenuti in 1litro di soluzione. N (eq l equivalenti soluto (eq volume soluzione (l 5
6 L equivalente chimico L equivalente è una quantità di sostanza in grado di scambiare una mole di elettroni nei processi redox o una mole di H + nelle reazioni acido-base. La massa corrispondente ad un equivalente viene chiamata massa equivalente M eq (g eq. Relazione fra massa molare e massa equivalente: M (g eq eq M (g mol n (eq mol n rappresenta il numero di equivalenti per mole. Valgono le relazioni: numero equivalenti (eq m (g M (g eq N (eql n(eqmol M (moll Il numero di equivalenti per mole dipende sia dal tipo di specie chimica considerata (elemento, ione, composto sia dal tipo di reazione in cui quella specie chimica è coinvolta. 6
7 Esempi: 1. Calcolare la massa equivalente di HNO 3, H 3 PO 4, Ca(OH 2 e NH 3 HNO 3 : 1 mole contiene o può fornire 1 mole di ioni H + secondo l equazione: HNO 3 H + + NO 3 - n 1 eq mol M eq M H 3 PO 4 : 1 mole contiene o può fornire 1, 2 o 3 moli di ioni H + secondo le equazioni: H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 - n 1 (eq mol M eq M H 3 PO 4 2H + + HPO 4 2- n 2 (eq mol M eq M/2 H 3 PO 4 3H + + PO 4 3- n 3 (eq mol M eq M/3 Ca(OH 2 : 1 mole contiene o può fornire 1o 2 moli di ioni OH - secondo le equazioni: Ca(OH 2 Ca(OH + + OH - n 1 (eq mol M eq M Ca(OH 2 Ca OH - n 2 (eq mol M eq M/2 NH 3 : 1 mole può combinarsi con una mole di ioni H + secondo l equazione: NH 3 + H 2 O NH OH - n 1 (eq mol M eq M Quindi risulta: HNO 3 : 1 mole 1 eq 1 eq HNO 3 63 g H 3 PO 4 : 1 mole 1 eq 1 eq H 3 PO 4 98 g 1 mole 2 eq 1 eq H 3 PO 4 49 g 1 mole 3 eq 1 eq H 3 PO 4 32,7 g Ca(OH 2 :1 mole 1 eq 1 eq Ca(OH 2 74 g 1 mole 2 eq 1 eq Ca(OH 2 37 g NH 3: 1 mole 1 eq 1 eq NH 3 17 g 7
8 2. Calcolare la massa equivalente di MnO 4 - nelle seguenti reazioni: a MnO H + Mn 2+ + H 2 O b MnO H 2 O MnO 2 + OH - Nella reazione a Mn varia il proprio numero di ossidazione da +7 a mole di MnO 4 - acquista 5 moli di elettroni. n 5 eq mol M eq MnO 4 - M / 5 Nella reazione b Mn varia il proprio numero di ossidazione da +7 a mole di MnO 4 - acquista 3 moli di elettroni. n 3 eq mol M eq MnO 4 - M / 3 3. Calcolare la massa equivalente di NaF e K 2 SO 4 NaF: NaF Na + + F - n 1 eq mol M eq M K 2 SO 4 : K 2 SO 4 2K + + SO 4 2- n 2 (eq mol M eq M/2 8
Una soluzione è una miscela di un soluto (sostanza che deve essere sciolta) distribuita in un solvente (sostanza che effettua la solubilizzazione).
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