Caso di soluzione ottenuta da una reazione chimica col solvente

Solubilizzazione di un composto ionico ad opera dell’acqua La variazione di energia si chiama DHdissoluzione Alcuni solidi si sciolgono in liquidi con processo endotermico altri con processo esotermico .

Preparazione di un litro di CuSO4 per diluizione

L’etichetta su una bottiglia di acido cloridrico concentrato

Sono miscele omogenee di due o più sostanze LE SOLUZIONI Sono miscele omogenee di due o più sostanze Sostanze che compongono la soluzione Componenti Componente presente in maggiore quantità Solvente Ogni altro componente Soluto Le proprietà delle soluzioni non dipendono dalle quantità assolute di ciascun componente quanto dai rapporti tra le quantità dei vari componenti ovvero dalle quantità relative dei vari componenti → le concentrazioni

Metodi misura della concentrazione in soluzioni ideali Percentuale in massa (m%). La quantita' di soluto e' espressa in unita' di massa (ad esempio g) ed e' rapportata in percentuale alla massa della soluzione espressa nelle stesse unita' di misura: m (%) = msoluto/msoluzione x100 Quindi m(%) rappresenta grammi di soluto per 100 grammi di soluzione

Metodi misura della concentrazione Percentuale in volume La quantita' di soluto e' espressa in unita' di volume (ad esempio l) ed e' rapportata in percentuale al volume della soluzione espressa nelle stesse unita' di misura V(%)=Vsoluto/Vsooluzione x100 Poco usato perché i volumi spesso non sono additivi

Indica la composizione percentuale dei vari componenti la soluzione. Le percentuali Indica la composizione percentuale dei vari componenti la soluzione. Percentuale in moli : moli di soluto in 100 moli totali Percentuale in peso (% P/P) : grammi di soluto in 100 grammi totali Percentuale in peso di soluto per volume di soluzione (% P/V): grammi di soluto in 100 ml totali Percentuale in peso rispetto al solvente : grammi di soluto in 100 g di solvente puro Percentuale in volume (%V/V): volume di soluto in 100 volumi di soluzione

Metodi misura della concentrazione Frazione molare (c) La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e' rapportata alla quantita' di soluzione espressa come somma delle moli di tutti i componenti: c=nsoluto/ntotali Quindi la frazione molare c rappresenta il numero di moli di soluto che corrisponde ad 1 mole di soluzione.

Metodi misura della concentrazione Molarita' (M) La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e' rapportata alla quantita' di soluzione, espressa in litri: M= n/V(l) con n= numero di moli V= volume in l Quindi la molarita' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1l di soluzione + utile della M quando la temperatura della soluzione varia

Metodi misura della concentrazione Molalita' (m ) La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e' rapportata alla quantita' di solvente (non soluzione) espressa in kg : m= n/msolvente(kg) Quindi la molalita' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1kg di solvente

Metodi misura della concentrazione Parti per milione ppm= parti soluto/106parti soluzione (mg/L) Parti per miliardo ppb= parti soluto/109 parti soluzione (μg/L) Le parti possono essere espresse in massa o in volume

Metodi misura della concentrazione Normalità (N) N= neq/V (l) esprime il numero di equivalenti di soluto per litro di soluzione. Gli equivalenti sono le quantità di sostanza che hanno la stessa capacità di combinazione nelle reazioni chimiche. Gli equivalenti sono numericamente uguali alle moli o a frazioni semplici di esse.

EQUIVALENTI Peso equivalente: di una sostanza la sua quantità in grammi che reagisce completamente con 1 g di idrogeno o con 8 g di ossigeno. Si definisce equivalente o grammoequivalente di una sostanza la quantità in grammi corrispondente al peso equivalente. Gli equivalenti o sono quantità in grammi delle diverse sostanze che reagiscono completamente tra loro. Gli equivalenti reagiscono e si formano sempre in rapporto unitario (1 : 1). Un composto può entrare in reazioni diverse con rapporti stechiometrici diversi, il peso equivalente non può essere dedotto a priori ma solo considerando il composto nel contesto della reazione a cui partecipa o per la quale deve essere usato.

Per un elettrolita (acido, base, sale) il numero di equivalenza z è uguale al numero di equivalenti del suo anione o del suo catione P.M. P.E. = z m (g) PE (g/eq) neq (eq) = = z (eq) • n (mol) Per un catione o un anione il numero di equivalenza z coincide con la sua carica. z è uguale al numero di elettroni ceduti o acquistati da una sostanza durante una reazione redox

Esempio  Calcolare il peso equivalente dei seguenti acidi o basi: a) perclorico; b) solforico; c) idrossido di zinco a) HClO4 → monovalente quindi z = 1 eq/mol P.E. = P.M./z = 100.46 (g/mol)/ 1(eq/mol) = 100.46 g/eq b) H2SO4 → divalente quindi z = 2 eq/mol P.E. = P.M./z = 98.08 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.04 g/eq c) Zn(OH)2 → divalente quindi z = 2 eq/mol P.E. = P.M./z = 99.41 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.71 g/eq

P.E.=P.M.\n° moli e- scambiati Reazione di neutralizzazione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede una mole di H+ se si tratta di un acido o acquista una mole di H+ se si tratta di una base. P.E.=P.M.\n° moli H+ scambiati Reazione di ossidoriduzione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede acquista o cede una mole di elettroni. P.E.=P.M.\n° moli e- scambiati

Esempio Calcolare il peso equivalente di KMnO4 nella semireazione di riduzione in ambiente acido. Determinare, inoltre la normalità di una soluzione che contiene 0.02 moli di KMnO4 in un litro. MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O PE (KMnO4) = PM / 5 = 158 /5 = 31.6 g/eq Poiché 0.02 moli su 1 l → 0.02 M N = z M = 5 • 0.02 = 0.1

Soluzione a concentrazione nota → soluzione a concentrazione minore Soluzione1 a concentrazione M1, volume V1 → soluzione2 a concentrazione M2 (M2 < M1) e V2, tra le due soluzioni esiste la relazione: V1M1 = V2M2 Soluzione a concentrazione nota → soluzione a concentrazione minore LE DILUIZIONI La molarità M di una soluzione di densità d (g/ml) in cui m% è la percentuale in peso del generico soluto B di peso molare PMB si ricava dalla seguente relazione: M = m% • d PMB • 10

Solubiltà = massima concentrazione di soluto ottenibile a una certa T o concentrazione della soluzione in presenza di un corpo di fondo

DHsoluzione.= Eret+ DHsolvatazione Queste due energie dipendono dalla carica e dalle dimensioni degli ioni dove Eret energia che occorre fornire per allontanare gli ioni del reticolo a distanza infinita Se Eret> DHsolvatazione processo endotermico Se Eret < DHsolvatazione processo esotermico La dissoluzione di solidi contenenti ioni a carica elevata (es. AlF3, Cr2O3) è troppo endotermica (elevata Ereticolare) perché tali solidi possano essere molto solubili in acqua.

Zucchero candito

Effetto dell’aumento di temperatura sulla solubilità di alcuni sali

Solubilità dell’ossigeno

LE PROPRIETA’ COLLIGATIVE La presenza di soluto è responsabile dell’abbassamento della tensione di vapore del solvente.

Legge di Raoult Pi= ciP°i

Legge di Henry Pgas= k Cgas Dove P è la pressione parziale del gas e C la concentrazione del gas disciolto nel liquido

Dimostrazione abbassamento tensione di vapore

P = PA + PB (legge di Dalton) Soluzioni ideali a due componenti (volatili) P = PA + PB (legge di Dalton) PA = A P°A; PB = B P°B (legge di Raoult) P = A P°A + B P°B Soluzione ideale: le forze attrattive A-B devono essere simili alle forze attrattive A-A e B-B (es. benzene-toluene)

Soluzioni non ideali con deviazioni positive Le forze attrattive A-B sono più deboli delle forze attrattive A-A e B-B (Teb più bassa; es. acqua-etanolo; etanolo-benzene) Processo endotermico

Soluzioni non ideali con deviazioni negative Le forze attrattive A-B sono più forti delle forze attrattive A-A e B-B [Teb più alta; es. acqua-acido (legami idrogeno); acetone- cloroformio] Processo esotermico Soluzioni reali diluite si avvicinano al comportamento ideale

Se il soluto è poco volatile Psolv.= csolvP°solv

Abbassamento crioscopico e innalzamento ebullioscopico di una soluzione DTc= Kc m DTe=Ke m

Pressione osmotica pV= nRT

Effetto dell’osmosi sui cetrioli e le prugne