Proprietà colligative Proprietà che dipendono dal numero di particelle di soluto presenti in una soluzione ma non dalla loro natura
Grandezze colligative abbassamento della tensione di vapore innalzamento ebullioscopico abbassamento crioscopico pressione osmotica Sono proprietà delle soluzioni liquide ideali. Quando si aggiunge un soluto non volatile ad un solvente, le proprietà fisiche della soluzione che si forma sono diverse da quelle del solvente puro. Le proprietà colligative dipendono esclusivamente dalla concentrazione del soluto (dal numero di particelle del soluto) e non dalla sua natura. L effetto aumenta se soluto ionico (elettrolita), dissociabile
Abbassamento della tensione di vapore La tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro (legge sperimentale). Per la legge di Raoult, la tensione di vapore di una soluzione ideale è infatti Bloccato P A+B = χ A p A0 ove χ A < 1 P A+B < p A 0 Vi sono meno molecole di solvente sulla superficie. Il soluto impedisce ad alcune molecole di passare nella fase gassosa, ma non ne impedisce il ritorno alla fase liquida.
Le soluzioni a concentrazione maggiore mostrano minore tendenza ad evaporare. A parità di solvente, la soluzione 1 m è quella che evapora più lentamente, sia se il soluto è lo stesso nelle quattro soluzioni (A) sia se i soluti sono differenti (B). I valori di molalità si riferiscono all effettivo contenuto di particelle in soluzione, cioè tengono conto dell eventuale dissociazione in ioni del soluto. A B
Diagramma di stato dell acqua (solvente) e di una soluzione acquosa Temperatura di congelamento della soluzione Temperatura di congelamento del solvente Temperatura di ebollizione del solvente Temperatura di ebollizione della soluzione
Innalzamento ebullioscopico ΔT eb Innalzamento del punto di ebollizione di una soluzione rispetto a quello del solvente puro L'aggiunta di un soluto non volatile a un solvente dà luogo a una soluzione il cui punto di ebollizione è maggiore. L'entità dell'effetto è proporzionale alla concentrazione molale (m) della soluzione secondo le relazioni: dove: T eb soluzione T eb solvente = ΔT eb = i K eb m K eb = costante ebullioscopica molale, caratteristica per ogni solvente.
Abbassamento crioscopico ΔT c abbassamento del punto di congelamento della soluzione rispetto a quello del solvente puro L'aggiunta di un soluto non volatile a un solvente dà luogo a una soluzione il cui punto di congelamento è minore. L'entità dell'effetto è proporzionale alla concentrazione molale (m) della soluzione secondo le relazioni: dove: T c solvente T c soluzione = ΔT c = i K c m K c = costante crioscopica molale, caratteristica per ogni solvente.
Il parametro i (parametro di Van t Hoff) Un elettrolita è una specie che in soluzione si dissocia in ioni. Una mole di elettrolita in soluzione libera più particelle di una mole di un non elettrolita e ha quindi maggior effetto sulle proprietà colligative. Per calcolare tale effetto indotto dalla presenza di un elettrolita è necessario considerare il numero di particelle in cui l'elettrolita si dissocia introducendo nella formula il fattore di dissociazione (i) detto anche coefficiente di Van't Hoff. i = 1 per non elettroliti i > 1 per elettroliti forti (che nel solvente subiscono dissociazione in più particelle, tipicamente ioni) Il coefficiente di Van t Hoff è un fattore moltiplicativo con il quale è possibile ottenere il numero totale di moli di particelle, cioè di molecole e ioni, presenti in una data soluzione a patto che si conoscano natura e quantità del soluto introdotto in soluzione
Abbassamento Crioscopico Il soluto, rende più difficile costruire il reticolo cristallino solido, e quindi diminuisce il punto di fusione 10
Applicazioni-conseguenze relative alle proprietà colligative Liquido anticongelante:soluzione che abbassa il punto di congelamento in proporzione alla concentrazione in particelle del soluto e innalza il punto di ebollizione:usato per evitare congelamento dell acqua del radiatore in inverno e rendere più difficile ebollizione durante l estate Per ritardare la formazione di ghiaccio sulle strade in inverno si sparge sale (NaCl o meglio CaCl 2 ) L acqua dolce (laghi,corsi d acqua) gela più facilmente dell acqua salata dei mari Gelatiera casalinga Le piante che possono concentrare la loro linfa possono resistere meglio alle basse temperature che con il congelamento farebbero aumentare il volume del liquido nei vasi, tessuti, della pianta favorendone la disgregazione: per questo si genera una selezione latitudinale e altitudinale
Se 38,9 di uno zucchero sono sciolti in 200 g di acqua, il punto di ebollizione sale di 0,30 C. Sapendo che K eb = 0,512 K kg/mol, calcolare il peso molecolare dello zucchero. La canfora fonde a 178,4 C e la sua grande K c (37,7 K kg/mol) la rende particolarmente adatta per misure accurate (metodo di Rast). Un campione di una sostanza ignota che pesa 0,840 g abbassa il punto di congelamento di 25 g di canfora a 170,8 C. Qual è la massa molare del campione? 339,6 166,7 g
Osmosi Fenomeno di diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile L Osmosi è il passaggio spontaneo di un solvente puro verso una soluzione, separata da una membrana semipermeabile Una membrana semipermeabile è costituita da un sottile strato di sostanze naturali od artificiali che può essere attraversato da piccole molecole, ma non da ioni o molecole di grandi dimensioni. In pratica attraverso una membrana semipermeabile può passare il solvente, ma non il soluto.
Membrana semipermeabile Membrane naturali sono le vesciche di animali o sottili bucce di alcuni frutti Membrane artificiali possono essere costituite da ferrocianuro di rame Cu Fe( CN ) 2 6 o dispersioni di resine in cellulosa o di stirene solfonato in polietilene
Il solvente passa, attraverso la membrana (semipermeabile) dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata (osmosi) fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio. Il risultato è l'innalzamento del livello della soluzione più concentrata. 4% NaCl 10% NaCl H 2 O 7% NaCl 7 % NaCl H 2 O Membrana Semipermeabile Equilibrio
Pressione Osmotica La pressione osmotica è quella pressione che, aggiunta a quella atmosferica è necessaria per impedire il passaggio del solvente attraverso la membrana semipermeabile La pressione osmotica si indica con Π
Pressione Osmotica La pressione che occorre applicare sulla soluzione più concentrata per riportarla al livello di quella più diluita è detta pressione osmotica (π) ovvero è la pressione che si sarebbe dovuto esercitare sulla soluzione per impedire l osmosi. La pressione osmotica tende a far diventare uguali le pressioni dell acqua (solvente) all interno ed all esterno della membrana
Osmosi Acqua e zucchero Si alza il livello dell acqua e zucchero perché entra acqua cercando di equilibrare la pressione dell acqua nei due liquidi acqua pergamena, permeabile all acqua ma impermeabile allo zucchero H O 12 22 11 Lo zucchero (saccarosio ) non passa attraverso i pori della pergamena, al contrario dell acqua C la pressione osmotica finale è la pressione dovuta alle molecole del solo zucchero (soluto).
Pressione osmotica della soluzione Le osservazioni sperimentali hanno rivelato che un soluto si comporta come un gas perfetto e che la pressione osmotica nasce dal bombardamento delle pareti del contenitore da parte delle molecole di soluto. La legge che esprime la pressione osmotica Π in funzione del volume della soluzione, della temperatura assoluta e del numero n di moli del soluto è ΠV = nrt Dove R è la costante universale dei gas perfetti: R = 0,082 L atm mol-1 K-1
Pressione osmotica (π) π V soluzione = i n soluto R T π = i C R T C = concentrazione molare del soluto R = costante universale dei gas ideali (R = 0,082 L atm mol -1 K -1 ) T = temperatura espressa in Kelvin. h = dislivello; P 0 = pressione atmosferica n = numero di moli del soluto V = volume i = parametro di van t Hoff Date due soluzioni 1, e 2: π 1 = π 2 le due soluzioni sono isotoniche l'una rispetto all'altra; π 1 > π 2 la soluzione 1 è ipertonica rispetto alla soluzione 2 e la soluzione 2 è ipotonica rispetto alla soluzione 1. P 0 π P 0 h
Se la membrana è permeabile sia al solvente che al soluto l osmosi avviene in entrambe le direzioni fintanto che si equilibra la concentrazione della soluzione ai due lati della membrana. L'osmosi ha una grandissima importanza in molti processi fisiologici del nostro organismo, riguardanti specialmente la diffusione del sangue e della linfa, la formazione dell'urina, l'assorbimento degli alimenti da parte degli intestini, ecc. Se poniamo dei globuli rossi del sangue in acqua, essi si gonfieranno perché la loro membrana esterna permette all'acqua di entrare per diluire il liquido intracellulare. Come risultato le cellule si gonfieranno fino a scoppiare. Se le stesse cellule fossero poste in acqua molto salata (o molto zuccherata), l'acqua all'interno dei globuli rossi se ne uscirebbe fuori ed essi avvizzirebbero restringendosi.
L osmosi è di fondamentale importanza per i processi biologici perché tutte le cellule viventi sono circondate da membrane semipermeabili. Questo fatto consente la diffusione selettiva delle molecole di cui la cellula ha bisogno per il proprio nutrimento. Spiega anche altri fenomeni in campo medico, come : a) i purganti per i purganti le pareti intestinali sono impermeabili, richiamano acqua dall organismo verso l intestino per compensare la pressione osmotica creata dalla loro ingestione.
b) la Sete: aumento della concentrazione di sali nel plasma dovuto alla perdita d acqua individuato da particolari recettori cerebrali (osmocettori, sensibili alla pressione osmotica) Perché l acqua salata non disseta? Dopo averla bevuta i reni, per far diminuire l elevata pressione osmotica dovuta al sale ingerito richiamano acqua dai tessuti lasciando l organismo ancora in preda alla sete. È fondamentale reidratarsi (ad esempio dopo attività sportiva) con bevande aventi una pressione osmotica analoga a quella del plasma (isotoniche) o addirittura con bevande ipotoniche che favoriscono una rapida idratazione
Pressione Osmotica e Sangue Le pareti cellulari sono membrane semipermeabili La pressione osmotica non puo cambiare, altrimenti le cellule vengono danneggiate Il flusso di acqua da un globulo rosso verso l ambiente deve essere all equilibrio Una soluzione Isotonica ha la stessa pressione osmotica delle cellule del sangue 5% glucosio e 0.9% NaCl
Osmosi e Globuli Rossi Soluzione Isotonica I Globuli Rossi hanno la stessa concentrazione del liquido circostante Soluzione Ipertonica la concentrazione esterna e piu alta Raggrinzimento Soluzione Ipotonica la concentrazione esterna e piu bassa Emolisi
Animali che vivono in ambiente acquatico devono essere in equilibrio osmotico con ambiente esterno:se questo varia anche gli animali devono variarlo o cercare altro ambiente:es.migrazioni dei salmoni dalla sorgente al mare e ritorno alla sorgente Le piante assorbono acqua dall ambiente:se la concentrazione interna è superiore a quella del liquido esterno l assorbimento può avvenire; in caso contrario è impedito: conseguenza diretta:solo certe piante (es.alghe) possono vivere nell acqua salata e altre in terreni ricchi di sali (selezione)
Si sciolgono 2,00 g di una proteina in 0,100 L di acqua. La pressione osmotica è 0,021 atm a 25 C. Quale è la massa molare approssimata della proteina? (Confondere molarità con molalità). La linfa di un acero può essere descritta come una soluzione acquosa di saccarosio (C 12 H 22 O 11 ) al 3% in peso. Stimare a quale altezza può innalzarsi la linfa in un giorno in cui la temperatura è di 20 C sapendo che a quella temperatura la sua densità vale 1,010 g/cm 3. 23000 g/mol 22
Osmosi inversa Esercitando una pressione sulla soluzione concentrata vincendo la pressione osmotica è possibile ottenere il processo inverso (spendendo energia) Esempio: potabilizzatori
Tabella riassuntiva delle formule esprimenti le proprietà colligative Proprietà colligativa Abbassamento della tensione di vapore Innalzamento ebullioscopico i = 1 Soluzione ideale (non elettrolita) P A+B = χ A p A 0 ΔT eb = K eb m P i 1 Soluzione elettrolitica A+ B = p 0 A n A na + n B ΔT eb = K eb m i i Abbassamento crioscopico Pressione osmotica ΔT c = K c m π V = n B R T ΔT c = K c m i π V = n B i R T A = solvente liquido; B = soluto solido