Dissociazione elettrolitica Le sostanze ioniche si solubilizzano liberando ioni in soluzione. La dissociazione elettrolitica è il processo con cui un solvente separa ioni di carica opposta e si lega ad essi, circondandoli. 1 Dissociazione elettrolitica Le sostanze che in soluzione si dissociano in ioni sono dette elettroliti. Tutti i sali solubili in acqua sono elettroliti. Alcune sostanze si solubilizzano in acqua, ma non si dissociano in ioni, e pertanto sono chiamate non-elettroliti. Glucosio e saccarosio sono non-elettroliti. 2 1
Dissociazione elettrolitica Le soluzioni che contengono ioni conducono la corrente elettrica e prendono il nome di soluzioni elettrolitiche. Acqua Acqua + NaCl 3 Ionizzazione in soluzione e ruolo dell H 2 O I composti ionici e i composti molecolari contenenti legami covalenti eteropolari piuttosto polarizzati in acqua si ionizzano, cioè si generano degli ioni. L acqua è in grado di provocare la ionizzazione di molecole polari, cioè la loro scomposizione in ioni e la successiva dissociazione elettrolitica. 4 2
Elettroliti forti e elettroliti deboli La reazione chimica che provoca la liberazione di ioni in soluzione è la reazione di dissociazione ionica: NaNO 3(s) Na + (aq) + NO 3 (aq) Le sostanze che in soluzione sono buone conduttrici di elettricità sono definite elettroliti forti. Le sostanze che in soluzione non sono buone conduttrici di elettricità sono definite elettroliti deboli. 5 Elettroliti forti e elettroliti deboli Un elettrolita forte è una sostanza che, generalmente [1], in soluzione si dissocia completamente; un elettrolita debole, generalmente [1], si dissocia parzialmente. [1] Come visto nella lezione su acidi-basi del Prof. Guella, la definizione accurata di elettrolita forte e debole fa riferimento al valore della K dell equilibrio di dissociazione 6 3
Conducibilità di soluzioni di elettroliti La conducibilità (Λ) è una misura della capacità di una soluzione di condurre la corrente elettrica (è l inverso della resistenza). L unità di misura è il Siemens (S) + - La conducibilità di una soluzione si può misurare tramite un conduttimetro Il conduttimetro genera un campo elettrico tra due elettrodi (+ e -): gli ioni positivi si muovono verso il polo negativo e viceversa e questo moto è alla base della conducibilità 7 Il conduttimetro Il conduttimetro è costituito da una cella (o sonda conduttimetrica) e da un display/elaboratore 8 4
Conducibilità e conducibilità specifica La conducibilità Λ (unità di misura S) di una soluzione dipende dalla geometria della cella conduttimetrica. Per rendersi indipendenti dal tipo di conduttimetro utilizzato si introduce la conducibilità specifica χ (unità di misura S/cm) χ = Λ K cella I parametri geometrici della cella conduttimetrica sono contenuti nella costante di cella K cella (unità di misura cm -1 ) che si determina calibrando il conduttimetro con una soluzione a conducibilità specifica χ nota 9 La conducibilità dipende da: 1. Concentrazione degli ioni positivi e negativi presenti in soluzione. Per soluzioni sufficientemente diluite la conducibilità è direttamente proporzionale alla concentrazione degli ioni. A parità di concentrazione formale la quantità di ioni generati dipende dalla stechiometria della reazione di dissoluzione: NaCl (s) Na + (aq) + Cl (aq) CaCl 2(s) Ca 2+ (aq) + 2Cl (aq) FeCl 3(s) Fe 3+ (aq) + 3Cl (aq) 10 5
La conducibilità dipende da: 2. Temperatura della soluzione: all aumentare della temperatura la conducibilità aumenta perché aumenta la velocità degli ioni 3. Carica degli ioni: ioni a carica maggiore trasportano una maggiore quantità di elettricità 11 Esperienza Parte a Lo scopo dell esperienza è la misurazione della conducibilità elettrica specifica di soluzioni acquose di elettroliti e non elettroliti attraverso l uso di un conduttimetro Soluzioni acquose (aventi la stessa concentrazione) delle seguenti sostanze: NaCl CaCl 2 FeCl 3 saccarosio 12 6
Esperienza Parte a Misura della conducibilità specifica χ di varie acque minerali e dell acqua di rubinetto La conducibilità specifica è uno dei parametri riportati sull etichetta delle acque minerali. In genere viene misurata a 20 C ed espressa in ms/cm o µs/cm 13 La conducibilità dipende da: 4. Mobilità degli ioni, cioè dalla loro velocità in soluzione. Ioni di grandi dimensioni sono più lenti di quelli piccoli, ma la mobilità dipende anche dall idratazione dello ione. Gli ioni molto idratati (= con tante molecole di H 2 O attorno) sono più grandi e quindi più lenti di quelli poco idratati Li + K + 14 7
Esperienza Parte b: Titolazione conduttimetrica: reazione di precipitazione Titolare vuol dire determinare la concentrazione di una soluzione incognita facendo avvenire una reazione chimica tra la sostanza da titolare e un altra sostanza a concentrazione nota (titolante) Durante la titolazione si misura un parametro (chimico o fisico) che presenta una variazione netta al punto equivalente Il punto equivalente è il punto in cui tutte le moli della sostanza da titolare hanno reagito con il titolante in base alla stechiometria della reazione 15 Titolazione conduttimetrica Nella titolazione conduttimetrica il parametro fisico che si segue è la conducibilità della soluzione durante la titolazione Perché la titolazione sia possibile la reazione chimica utilizzata deve far variare la conducibilità che deve presentare un punto di discontinuità al punto equivalente Titolazione conduttimetrica con reazione di precipitazione da titolare titolante AgNO 3(aq) + NaCl (aq) AgCl (s) + NaNO 3(aq) Ag + (aq) + Cl - (aq) Na + (aq) +Cl - (aq) Na + (aq) + NO 3 - (aq) 16 8
Titolazione conduttimetrica: reazione di precipitazione Punto equivalente Al punto equivalente si ha che: moli di AgNO 3 in soluzione = moli di NaCl aggiunte moli di NaCl aggiunte = V NaCl (litri) M NaCl (molarità) Quindi M AgNO3 (molarità) = moli di AgNO 3 in soluzione/volume soluzione iniziale (litri) 17 Titolazione conduttimetrica: reazione di precipitazione Prima del punto equivalente: all aggiunta di NaCl gli ioni H + Ag + precipitano sotto forma di AgCl. Di conseguenza un certo numero di ioni Ag + sono sostituiti da ioni Na +. Siccome a parità di concentrazione la conducibilità di Ag + è superiore a quella di Na + la conducibilità diminuisce in proporzione al volume di soluzione titolante aggiunta Dopo il punto equivalente: tutti gli ioni Ag + hanno reagito. Continuando ad aggiungere NaCl aumentano le concentrazioni di ioni Na + e Cl - e quindi la conducibilità aumenta 18 9
NaCl(a conc. nota) Come si effettua la titolazione 1.Registrare il valore della conducibilità della soluzione incognita 2. Aggiungere il titolante con la buretta (0.5 ml per volta) 3. Dopo ogni aggiunta annotare il volume aggiunto, mescolare bene, registrate il valore di conducibilità Soluzione conc. incognita) 4. Lasciare sempre le sonde di conducibilità e T immerse nel becher 19 Titolazione conduttimetrica: reazione acido-base Durante una reazione acido-base (neuralizzazione) varia la quantità di ioni in souzione e quindi anche le titolazioni acido-base possono essere seguite misurando la conducibilità Titolazione conduttimetrica con reazione acido-base da titolare titolante HCl (aq) + NaOH (aq) H 2 O + NaCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) Na + (aq) + OH - (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) 20 10
Esperienza 3 Titolazione conduttimetrica: reazione acido-base Prima del punto equivalente: all aggiunta di NaOH gli ioni H + reagiscono con OH - (reazione di neutralizzazione). Ovvero: un certo numero di ioni H + (alta conducibilità) sono sostituiti da ioni Na + (bassa conducibilità). La conducibilità diminuisce in proporzione al volume di soluzione titolante aggiunta Na +, OH - H + + Cl - H 2 O + Na + + Cl - 21 La conducibilità degli ioni e H 3 O + eoh- Gli ioni H 3 O + e OH - hanno conducibilità molto più grandi degli altri ioni, a parità di concentrazione. Ciò accade per via del legame idrogeno, grazie al quale si ha uno spostamento di carica elettrica senza effettivo spostamento di ioni 22 11
Esperienza 3 Titolazione conduttimetrica: reazione acido-base Dopo il punto equivalente: tutti gli ioni H + hanno reagito. Continuando ad aggiungere NaOH aumentano le concentrazioni di ioni Na+ e OH- e quindi la conducibilità aumenta 23 Titolazione conduttimetrica: reazione acido-base Punto equivalente Al punto equivalente si ha che: moli di HCl in soluzione = moli di NaOH aggiunte moli di NaOH aggiunte = V NaOH (litri) M NaOH (molarità) Quindi M HCl (molarità) = moli di HCl in soluzione/volume soluzione iniziale (litri) 24 12
BUON LAVORO!! 25 Uso della bilancia analitica 1. Introdurre la navicella da pesata 2. Chiudere lo sportello ed aspettare fino a che il valore di massa sia stabile e quindi effettuare la taratura (pigiare il tasto T o TARE). 3. Trasferire con una spatola il materiale nella navicella (NON sul piatto!) 4. Chiudere lo sportello ed attendere che il valore di massa si stabilizzi 5. Leggere ed annotare il valore di massa 6. Trasferire (senza perderla!) la sostanza pesata nel matraccio NON appoggiarsi al tavolo in fase di misura 26 13
Preparazione della soluzione a concentrazione nota 1. Dopo aver versato tutto il solido pesato nel matraccio, riempirlo fino a circa metà volume con acqua distillata 2. Tappate ed agitate per favorire la dissoluzione 3. Se il soluto non si scioglie aggiungete un po di H 2 O distillata ed agitate 4. Solo quando il soluto è completamente sciolto potete portare a volume 5. Tappare e rovesciare il matraccio per favorire il mescolamento 27 La buretta: cosa è, come si usa Strumento per la misura dei volumi (con risoluzione 0.05 ml) Per riempire la buretta: 1. Assicurarsi che il rubinetto sul fondo sia chiuso 2. Riempirla dalla cima aiutandosi con l imbuto 3. Eliminare l aria contenuta nella punta ed eventuali bolle 4. Quando la punta è piena chiudere il rubinetto posizionando il menisco a livello di una tacca graduata principale (o sullo 0). 28 14
Lettura corretta della buretta Il volume di liquido prelevato con la buretta si determina per differenza tra due letture Buretta (25 ml): Tacca grande 0.5 ml Tacca piccola 0.1 ml lettura approssimata entro 0.05 ml 15