Soluzioni, Concentrazioni, Diluizioni e Miscelazioni di Pietro Gemmellaro 1

Possiamo per semplicità classificare la materia che ci circonda in sostanze. L’unione di due o più sostanze prende il nome di miscela o miscuglio. Una miscela si definisce fisicamente OMOGENEA quando: le due o più sostanze che la costituiscono formano un’unica fase (intimamente sciolte una nell’altra); la composizione relativa è costante in ogni punto della miscela (quindi ogni parte della miscela è rappresentativa di tutto il campione stesso);

NON è possibile distinguere le due (o più) sostanze tramite: Occhio nudo; Lente di ingrandimento; Microscopio ottico.

Ovviamente una miscela fisicamente ETEROGENEA non possiede queste caratteristiche. Vediamo ora lo stato di aggregazione di queste miscele (sia omogenee sia eterogenee): Solido Liquido Aeriforme

Vediamo qualche esempio pratico di miscela omogenea ed eterogenea: x 1, liquido opaco x 1000, emulsione globuli di grasso x 10.000, sospensione globuli di grasso Micelle di caseina

Altri esempi di sistemi omogenei sono: Soluzione (non satura) Lega metallica Aria Mentre sistemi eterogenei sono: Fumo Nebbia Schiuma Emulsione (liquido nel liquido: es. olio + acqua) Sospensione (solido nel liquido: es. farina + acqua) Spugna Sabbia Soluzione satura (con corpo di fondo)

In chimica una miscela omogenea si definisce SOLUZIONE. Anche se la parola “soluzione” ci porta subito ad immaginare un sistema monofasico omogeneo costituito da: un soluto (solido) (che si scioglie, presente in minore quantità) e da: un solvente (liquido) (che scioglie, presente in maggiore quantità), abbiamo appena vista che esistono differenti possibilità; infatti:

SOLUTO + SOLVENTE = SOLUZIONE Un bronzo, Un cocktail o L’aria che respiriamo, Sono esempi di soluzioni. Ricordiamo allora: SOLUTO + SOLVENTE = SOLUZIONE

La solubilità di una sostanza in un dato solvente – a una certa temperatura – rappresenta la capacità della sostanza stessa di sciogliersi nel solvente considerato. Come faccio a capire se una sostanza è più o meno solubile in un dato solvente? Cioè da cosa dipende la solubilità? NATURA CHIMICA In chimica si usa spesso l’espressione “il simile scioglie il simile”, per indicare che un solvente polare tenderà a sciogliere una sostanza polare (es. acqua e sale), mentre un solvente apolare tenderà a sciogliere una sostanza apolare (es. acetone e smalto delle unghia).

TEMPERATURA In generale la solubilità delle sostanze solide e di quelle liquide in solventi liquidi aumenta all’aumentare della temperatura (esiste però qualche eccezione). Pensate al sale che si scioglie in acqua fredda o calda… QUANTITÀ La solubilità di una sostanza è legata anche alla quantità della sostanza stessa che si vuole sciogliere in un dato solvente (a una certa temperatura). Cosa accade se a un bicchiere d’acqua aggiungiamo continuamente del sale da cucina? A un certo punto l’acqua si saturerà di sale e a quella temperatura non sarà più possibile sciogliere altro sale. La soluzione (soluto + solvente) si dice allora “satura” e si instaura un equilibrio tra essa e il “corpo di fondo”.

2005, M, CHI, 48 Indicare quale delle seguenti sostanze si scioglie meglio in un solvente apolare: A) idrossido di potassio B) acido solforico C) acetato di potassio D) idrossido di sodio E) zolfo 2005, O, CHI, 55 Quale dei seguenti composti si scioglie meglio in acqua? A) Benzina B) Etere di etilico C) Cellulosa D) Grasso neutro E) Solfato di rame

CONCENTRAZIONE La concentrazione rappresenta la quantità di soluto che si trova sciolta nella soluzione. Più precisamente si definisce concentrazione il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione (in un solo caso di solvente):

Poiché la quantità di soluto e quella di soluzione (o di solvente) si possono esprimere in differenti modi, le loro possibili combinazioni generano diverse tipologie di concentrazione:

In generale se NON si specifica nulla, per “concentrazione” si intende la molarità. 2001, O, CHI, 60 In 2000 mL di una soluzione acquosa sono presenti 3.65 g di HCl (p.m.=36.5 u.m.a.); la concentrazione della soluzione è: A) 0.5 M B) 0.05 M C) 0.1 M D) 0.05 m E) 3.65 M Spesso per indicare la concentrazione molare, si possono usare anche le parentesi quadrate: [CH4], [H+].

La frazione molare possiede qualche particolarità: si può esprimere sia per il soluto sia per il solvente; è sempre un numero puro (adimensionale); è sempre compreso tra zero e uno; la somma di tutte le frazioni molari (per una stessa soluzione) da sempre uno. 2007, V, CHI, 63 Una soluzione acquosa di acido solforico 0,1 M contiene: A) 0,1 mol di acido in 100 ml di soluzione B) 0,0001 mol di acido in 1 ml di soluzione C) 0,001 mol di soluto in 1 litro di soluzione D) 0,1 mol di acido in 10 litri di acqua E) 1 ml di acido in 1 ml di soluzione

% P/P = (g soluto / g soluzione)*100 % P/V = (g soluto / mL soluzione)*100 % V/V = (mL soluto / mL soluzione)*100 Densità = g / mL % P/P * d = % P/V M = (% P/P*d*10) / PM

Infatti… g PM mol V M g PEq Eq V N PEq = PM / val Eq = mol * val N = M * val 17

Ma cosa rappresenta la “val”? È un numero piccolo ed intero. Dipende dal campo di applicazione! Acido – Base Numero di ioni H+ oppure ioni OH- scambiati Es. HCl = 1. H2SO4 = 2. Al(OH)3 = 3. Red-Ox Numero di elettroni scambiati Es. Cu / Cu2+ = 2. MnO4- / Mn2+ = 5. Sali Numero di cariche totali (associate al catione oppure all’anione) Es. NaCl = 1. CaSO4 = 2. Ba3(PO4)2 = 6. 18

2005, O, CHI, 54 Calcolare la molarità di una soluzione contenente 8 g di NaOH (P.M. = 40) in 100 ml di soluzione: A) 2 M B) 10 M C) 0,1 M D) 0,5 M E) 0,2 M 2007, O, CHI, 62 Quanti g di MgSO4 (P.M. = 120) occorrono per preparare 2000 ml di una soluzione 3 M? A) 720 g B) 360 g C) 500 g D) 120 g E) 480 g

La molalità di una soluzione: A) dipende dalla temperatura 2002, Altro, CeCh, 25 La molalità di una soluzione: A) dipende dalla temperatura B) non dipende dalla temperatura C) dipende dalla pressione e dalla temperatura D) dipende dalla natura del soluto 1997, C, REG, 26 Indicare quale dei seguenti valori di concentrazione molare si avvicina maggiormente a quella massima di una soluzione di acido cloridrico liberamente commerciabile (15%): A) 1/60 mol/L B) 1/6 mol/L C) 1 mol/L D) 6 mol/L 20

2007, Altro, GNC, 61 Indica la molarità di una soluzione acquosa di HNO3 al 65 %m/m con densità pari a 1,40 g/cm3: A) 0,737 M B) 1,44 M C) 7,37 M D) 14,4 M 2005, C, NAZ, 11 Indicare la coppia di valori che riportano la frazione molare di solvente e soluto in una soluzione di saccarosio (C12H22O11) preparata sciogliendo 5,0 g di zucchero in 100,0 mL di acqua (w): A) Xsacc = 0,9974; Xw = 0,0026 B) Xw = 0,9974; Xsacc = 0,0026 C) Xw = 1,0073; Xsacc = 0,0026 D) Xw = 0,1973; Xsacc = 0,0226 21

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: M1 V1 = M2 V2 22

2004, C, REG, 9 Indicare il volume di una soluzione acquosa di H2SO4 (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 2006, Altro, GNC, 13 A quale volume devono essere portati 0,5 L di H2SO4 (al 90 % in peso e δ = 1,18 g/mL) per ottenere una soluzione 5M? A) 0,23 L B) 1,203 L C) 1,083 L D) 1,337 L 23

Cosa vuol dire “miscelare”? 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: MA VA + MB VB = MC VC 24

2005, Altro, CeCh, 30 Aggiungendo 1 L di acido solforico 2 N a 500 mL dello stesso acido 1 M si ottengono: A) 1,5 L di acido 1 M B) 1,5 L di acido 1 N C) 1,5 L di acido 1,5 M D) non si può conoscere esattamente la concentrazione perché i volumi non sono additivi 2004, C, NAZ, 38 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 25

2008, Altro, GNC, 35 0,500 L di soluzione A di solfato d'ammonio al 12,00 % in massa, densità 1,068 g/mL, vengono miscelati con 86,5 mL di una soluzione B di solfato d'ammonio al 31,8 % in massa, densità 1,180 g/mL. Determinare la percentuale in massa della soluzione finale sapendo che la sua densità è uguale a 1,088 g/mL. I volumi non sono additivi. A) 10,4 % B) 15,2 % C) 25,0 % D) 32,5 % 26