Le soluzioni Sono miscele omogenee di due o più sostanze (in forma di molecole, atomi, ioni) di cui quella presente in quantità maggiore è definita solvente, le altre soluti. possono essere solide (leghe) liquide aeriformi Anche se il solvente e il soluto sono in fasi diverse, esse assumono lo stato di aggregazione del solvente
La solubilità E la quantità massima di soluto che può sciogliersi, ad una data temperatura, in una data quantità di solvente: la soluzione in questo caso di dice satura. Una soluzione è insatura quando il solvente è ancora in grado di sciogliere soluto o soluti. Una soluzione insatura può essere diluita, se la quantità di soluto disciolta è piccola o concentrata se invece è grande, relativamente alla quantità di solvente.
Equilibrio dinamico in una soluzione satura Una soluzione è satura quando il numero delle particelle di soluto che lasciano la loro posizione nel reticolo cristallino è uguale, nell unità di tempo, a quello delle particelle che ritornano a far parte del solido. A questo punto il solido non si scioglie più e rimane del corpo di fondo. La quantità di soluto, per unità di solvente, necessaria a formare una soluzione satura, rappresenta la sua solubità. Si è raggiunto uno stato di equilibrio dinamico: una trasformazione continua ad avvenire, ma contemporaneamente ha luogo, e con la stessa velocità, la trasformazione in senso contrario.
Il processo di solubilizzazione I soluti possono essere: ionici di tipo covalente polare di tipo covalente non polare I solventi possono essere di tipo covalente polare di tipo covalente non polare I soluti ionici sono solubili in solventi covalenti polari. I soluti covalenti polari sono solubili in solventi covalenti polari. I soluti non polari (o leggermente polari) sono solubili in solventi non polari (o leggermente polari).
Solido ionico in solvente covalente polare Le molecole di H 2 O si comportano come dipoli e si orientano verso i cristalli di NaCl, in modo tale da orientare i propri poli positivi e negativi verso gli ioni periferici di carica opposta, vincendo progressivamente le forti attrazioni esistenti. δ δ - δ- ione sodio ione cloruro molecola d acqua - -
Solubilità di un solido covalente polare in un solvente polare Il glucosio forma con l acqua legami ad idrogeno. Da un cristallo si separano molecole idratate. CH 2 OH H C OH C O H OH H C C H C OH = = H OH glucosio
Soluto apolare in solvente apolare naftlalene trielina Il naftalene è solubile nella trielina perché tra le due sostanze si instaurano le forze di Van der Waals.
Soluzioni di liquidi in liquidi:miscibilità. Liquidi polari Alcol etilico - Acqua - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Due o più liquidi polari si miscelano tra di loro grazie all instaurarsi di attrazioni dipolo-dipolo
Liquidi polari e apolari olio acqua miscela Un liquido apolare non potrà miscelarsi con uno polare, perché le forze intermolecolari sono diverse
Liquidi apolari Tetracloruro bromo miscela di carbonio Due o più liquidi apolari si miscelano tra loro perché tra essi si instaurano le forze di Van der Waals.
Effetti termici nella dissoluzione di un composto ionico La dissoluzione di un composto ionico avviene in due fasi: 1-demolizione della struttura cristallina del composto ionico con richiesta di energia e 2- idratazione degli ioni, con liberazione di energia. Il bilancio energetico di questi due processi può rendere il processo esotermico o endotermico. La dissoluzione dell idrossido di sodio in acqua è un processo esotermico, quella dell idrossido di ammonio è endotermico. Il cloruro di sodio si scioglie in acqua senza modificazione della temperatura del sistema.
Effetti termici nella dissoluzione di un composto ionico 1-disgregazione del cristallo ( assorbimento di energia) 2- idratazione (liberazione di energia)
Le proprietà colligative delle soluzioni Il solvente, come ogni sostanza pura, possiede delle proprietà fisiche caratteristiche. La presenza del soluto, nella soluzione, modifica le caratteristiche del solvente. Alcune proprietà delle soluzioni dipendono esclusivamente dalla concentrazione della soluzione, cioè dal numero di particelle di soluto presenti, non dalla sua natura. Queste particolari proprietà si definiscono proprietà colligative e sono: l abbassamento della tensione di vapore, l innalzamento del punto di ebollizione, l abbassamento della temperatura di solidificazione, la pressione osmotica.
Abbassamento della tensione di vapore molecola del solvente molecola del soluto La tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è minore di quella del solvente puro: infatti alla superficie della soluzione alcune particelle di solvente sono sostituite da quelle di soluto, che non hanno alcuna tendenza ad evaporare.
Innalzamento della temperatura di ebollizione Temperatura( C) 105-100- 9 - acqua salata acqua pura inizia l ebollizione tempo Le interazioni che si vengono a creare tra soluto e solvente diminuiscono la tendenza delle molecole del solvente a liberarsi, per passare allo stato di vapore. E necessaria più energia per vincere queste interazioni, rispetto a quella necessaria al solvente puro. Di conseguenza, si registrerà una temperatura di ebollizione più elevata. Innalzamento della temperatura di ebollizione
Abbassamento della temperatura di solidificazione Temperatura( C) 2-1- 0- -2- -1- acqua salata acqua pura inizia il congelamento tempo Abbassamento della temperatura di solidificazione L abbassamento della temperatura di solidificazione della soluzione, rispetto a quella del solvente puro, è dovuta al disturbo che le particelle di soluto provocano alle molecole del solvente, le quali dovendole accoglierle, cambiano il loro modo di aggregarsi. Le particelle di soluto costituiscono un ostacolo alla solidificazione del solvente perché si interpongono tra le sue molecole impedendo loro di organizzarsi in un reticolo cristallino
Osmosi L osmosi è un processo che consiste nel passaggio delle molecole del solvente da una soluzione più diluita ad una più concentrata quando tra esse è posta una particolare membrana, detta membrana semipermeabile, capace di lasciarsi attraversare solo dalle molecole del sovente e non da quelle del soluto. molecola del soluto molecola del solvente
solvente puro Pressione osmotica soluzione pressione osmotica (a) (b) (c) movimento del solvente pressione necessaria per contrastare l aumento del volume Molecola del soluto Molecola del solvente Quando solvente e soluto sono separati da una membrana semipermeabile (a) le molecole del solvente tendono a spostarsi verso la soluzione dove sono meno concentrate (osmosi). Il volume della soluzione aumenta (b) e quindi diminuisce la concentrazione di soluto. La pressione osmotica è quella che si deve applicare per impedire l aumento del volume della soluzione.
Modi per esprimere la concentrazione La concentrazione si può esprimere in vari modi: Molarità: E definita dalle moli di soluto disciolte in un litro di soluzione (solvente soluto) M = moli (soluto) V(L)( soluzione) n moli = Molarità (mol) x V(L) L
Percentuale in massa (% m/m): indica la quantità in grammi di soluto disciolta in 100 g di soluzione. Percentuale in volume (% V/V): indica il volume in cm 3 di soluto disciolto in 100 cm 3 di soluzione
Fattori che influiscono sulla solubilità di un gas La solubilità dei gas nei liquidi è influenzata dalla pressione e dalla temperatura. Essa diminuisce all aumentare della temperatura e, ad una determinata temperatura, risulta proporzionale alla pressione del gas sul liquido. Solubilità in g per 100 g di acqua 0,0070 0,0060 0,0050 0,0040 0,0030 0,0020 0,0010 O 2 CH 4 N 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Solubilità in (g / 100 g di acqua a 25 C)x 10 4 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 O 2 N 2 He 1 2 3 4 5 temperatura Pressione in atm
Fattori che influiscono sulla solubilità dei solidi e dei liquidi La solubilità della maggior parte dei liquidi e dei solidi aumenta al crescere della temperatura KNO 3 KBr NaCl Ce 2 (SO 4 ) 3 Li 2 SO 4 NaNO 3 Pb(NO 3 ) 2 Solubilità in g per 100 g di acqua 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura C