LEZIONE 4 Le soluzioni
Le soluzioni sono miscugli omogenei i cui costituenti conservano le loro proprietà. Nelle soluzioni il solvente è il componente in maggiore quantità. Il soluto è il componente delle soluzioni che si trova in minore misura. I composti molecolari formano soluzioni per dispersione nell acqua delle molecole elettricamente neutre; l acqua rompe i deboli legami intermolecolari. I composti polari (come gli acidi) in acqua si ionizzano: le molecole dipolari dell acqua spezzano i legami covalenti polari della molecola con conseguente formazione di ioni: I composti ionici in acqua si dissociano, ovvero liberano ioni: le molecole d acqua separano gli ioni di carica opposta già presenti nel composto: C 6 H 12 O 6 (s) C 6 H 12 O 6 (aq) HCl (g) H + (aq) + Cl (aq) NaCl (s) Na + (aq) + Cl - (aq) non conducono elettricità conducono elettricità conducono elettricità
Solubilità In generale solo una quantità finita di un solido si scioglie in un dato volume di solvente dando luogo ad una soluzione satura, cioè una soluzione in equilibrio con un eventuale solido in eccesso. La concentrazione del soluto nella soluzione satura è detta solubilità. Ad esempio la solubilità di NaCl in acqua è di 36 g per 100 ml di acqua a 20 C. Equilibrio dinamico La solubilità di una sostanza in un altra può essere spiegata sulla base di due fattori: 1. Una naturale tendenza al disordine (fattore entropico). E praticamente l unico fattore ad agire nel caso dei gas (ideali) che sono miscibili in tutte le proporzioni. 2. Forze intermolecolari di attrazione tra le molecole delle due sostanze (fattore energetico).
SOLVATAZIONE Nella dissociazione e nella ionizzazione gli ioni vengono circondati dalle molecole d acqua orientate in modo che il polo positivo sia rivolto verso lo ione negativo, e il polo negativo verso lo ione positivo. ioni idratati
SOLVATAZIONE Tutti i composti che in soluzione producono ioni per dissociazione o per ionizzazione prendono il nome di elettroliti: elettrolita rende elettricamente conduttrice la soluzione acquosa in cui è disciolto. Soluzioni con alta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti forti. Soluzioni con modesta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti deboli. Soluzioni che non presentano conducibilità elettrica contengono soluti detti non elettroliti.
La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente in cui il soluto è disciolto. È possibile esprimere questo rapporto in funzione di diverse grandezze.
La concentrazione percentuale in massa (% m/m) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 grammi di soluzione. La concentrazione percentuale massa su volume (%m/v) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 ml di soluzione. La concentrazione percentuale in volume (% V/V) indica il volume in millilitri di soluto sciolto in 100 ml di soluzione. La concentrazione molare (M) o molarità indica il rapporto fra le moli di soluto e il volume in litri della soluzione.
La concentrazione molale (m) o molalità è il rapporto tra le moli di soluto e la massa del solvente espressa in kilogrammi.
DILUIZIONI Cosa vuol dire diluire? Aggiungere altro solvente, rendere la soluzione meno concentrata. Partendo dalla definizione di molarità, M = mol / V(L), si può ricavare l equazione utile per le diluzioni: M 1 V 1 = M 2 V 2 Indicare il volume di una soluzione acquosa di H 2 SO 4 (0,025 M) che si può ottenere diluendo opportunamente un volume determinato (100 ml) di un soluzione più concentrata (1,5 M) dello stesso acido. A) 12000 ml B) 6000 ml C) 3000 ml D) 600 ml
MISCELAZIONI Cosa vuol dire miscelare? Aggiungere altro solvente, rendere la soluzione meno concentrata. Partendo dalla definizione di molarità, M = mol / V(L), si può ricavare l equazione utile per le diluzioni: M A V A + M B V B = M C V C Se a 50 ml di una soluzione acquosa di acido solforico 0,5 M si aggiungono 75 ml di acido solforico 0,25 M, si ottiene una soluzione di acido avente una concentrazione molare pari a: A) 0,044 B) 0,44 C) 0,035 D) 0,35
Calcolare quanti g di acqua e NaCl occorrono per preparare 1000 g di una soluzione al 13% del sale. (x g NaCl/1000 g ) x 100 = 13 da cui x= 130 g NaCl Calcolare il volume di soluzione di acido nitrico al 69,8% (d=1,42 g/ml) e di acqua che bisogna mescolare per preparare 1,0 l di soluzione 0,200 M di acido. 0,200 mol di acido nitrico sono contenute nella soluzione finale. La molarità di una soluzione di acido nitrico al 69,8% (d = 1,42 g/ml) si ricava come segue: 1 L di soluzione pesa 1420 g; g di acido nitrico sono: 69,8:100=x:1420; x=(1420/100) 69,8 = 9,91 x 10 2 g Essendo P.M. HNO 3 = 63,0 g/mol, avrò che 9,91 x 10 2 g/63,0 g/mol = 15,7 mol contenute in 1 litro di soluzione. Quindi la soluzione iniziale di HNO 3 è 15,7 M. Ci servono 0,2 mol: il volume di soluzione concentrata che deve essere prelevato è pari a: 15,7mol:1L=0,200mol:xL 0,200 mol/15,7 mol/l = 12,7 x 10-3 l = 12,7 ml Questo volume deve essere portato ad 1 litro, addizionando (1000-12,7) ml = 987,3 ml di acqua, per ottenere 1 l di soluzione 0,200 M
Una soluzione di perossido di idrogeno al 30% w/w ha d=1,11 Kg/L. Calcolare il volume di soluzione da prelevare per ottenere 40,0 ml di soluzione 0,30 M. 1 l di soluzione di perossido pesa 1110 g e contiene : 1110/100 x 30 = 333 g di perossido P.M. H 2 O 2 = 34,01 g/mol la concentrazione sarà; 333 g/l /34,01 g/mol = 9,79 M. Poiché V1 x C1 = V2 x C2 avrò che: V2 = (0,040 L x 0,30 mol/l)/9,79 mol/l = 1,22 x 10-3 l = 1,22 ml. Calcolare la molarità di una soluzione di KOH ottenuta miscelando 95,0 ml KOH 0,220 M con 35,0 ml KOH 0,400 M, assumendo che i volumi siano additivi. M = moltot /VTOT mol1 = 0,0950 L x 0,220 mol/l = 0,0209 mol mol2 = 0,0350 L x 0,400 mol/ L = 0,0140 mol M = 0,0349 mol /0,1300 L = 0,268 M