Proprietà colligative delle soluzioni Tensione di vapore Innalzamento ebullioscopico Abbassamento crioscopico Pressione osmotica 1

Tensione di vapore di una soluzione Definizione E’ la pressione esercitata dal vapore in equilibrio col proprio liquido. Giacché è una pressione le sue unità di misura possono essere: atmosfera (atm) Torricelli (torr) millimetri di mercurio (mmHg) Pascal (Pa o Kpa = kilopascal) 1 atm vale 760 mmHg, quindi per passare da mmHg a atm bisogna dividere il valore della pressione espresso in mmHg per 760; lo stesso vale per passare da torr a atm. Per passare invece da Pa ad atm bisogna dividere il valore in Pa per 101.300 (che è il valore di una atmosfera). 2

Innalzamento del punto di ebollizione di una soluzione La presenza di un soluto in un solvente innalza il punto di ebollizione della soluzione perché tra le particelle di soluto e di solvente si creano nuovi legami che dovranno essere spezzati per consentire al solvente di diventare vapore. Questa variazione di temperatura è proporzionale alla quantità di soluto disciolto in soluzione. te = Ke x m(molalità della soluzione) Ke viene definita costante ebullioscopica e vale per l’acqua 0,56°C m-1; cioè la temperatura di ebollizione della soluzione si alza di 0,56°C per ogni mole di soluto disciolto in un Kg di acqua presente in soluzione. Per calcolare la temperatura di ebollizione della soluzione bisogna aggiungere ai 100°C dell’acqua il  te. 3

Abbassamento del punto di congelamento di una soluzione La presenza di un soluto in un solvente abbassa il punto di solidificazione della soluzione perché il soluto ostacola l’avvicinamento delle molecole di solvente. L’abbassamento crioscopico è proporzionale alla quantità di soluto presente in soluzione. tc = Kc x m (molalità della soluzione) Kc viene definita costante crioscopica che per l’acqua vale 1,82°C m-1; cioè l’abbassamento crioscopico è di 1,82°C per ogni mole di soluto per chilogrammo di acqua presente in soluzione. Alla temperatura di solidificazione dell’acqua bisogna sottrarre il tc. 4

Pressione osmotica di una soluzione La pressione osmotica rappresenta la forza che spinge l’acqua a passare da una soluzione ipotonica ad una ipertonica. Per soluzione ipotonica si intende una soluzione a bassa concentrazione, che presenta cioè una concentrazione minore di quella normotonica (che si ottiene sciogliendo in un litro di H2O 9 grammi di NaCl; tale soluzione è anche definita fisiologica perché presenta la stessa concentrazione del plasma sanguigno). Per soluzione ipertonica si intende una soluzione che presenta una concentrazione superiore a quella fisiologica. La pressione osmotica si calcola in questo modo:  = M R T (dove M rappresenta la molarità della soluzione; R la costante dei gas che vale 0,0821 atm, l, K-1, mol-1; T rappresenta la temperatura espressa in °K). 5

Una soluzione di glicerolo [C3H5(OH)3], in 750 g di H2O ha un punto di ebollizione di 104,3°C alla pressione di 760 mmHg. Quanti grammi di glicerolo sono presenti nella soluzione? Qual è la frazione molare del soluto? Soluzione te = (104,3°C - 100°C) = 4,3°C te = Ke x m; Ke = 0,52°C Indico con x i grammi di glicerolo. Le moli di glicerolo presenti in soluzione sono: x : 92 u.m.a. (peso molecolare del glicerolo) m (molalità della soluzione) = x/92 : 0,75 Kg di H2O L’innalzamento ebullioscopico della soluzione si calcola così: 4,3°C = 0,52°C m-1per x/92 per 1/0,75 Kg di H2O Risolvo la x che vale 570,58 g di glicerolo La frazione molare del soluto si calcola: moli di soluto: moli soluzione n (glicerolo) = 570,58 g / 92 u.m.a. = 6,202 g mol-1 n (H2O) = 750 g / 18 u.m.a. = 41,667 g mol-1 n totali = (moli glicerolo + moli acqua) = (6,202 + 41,667) n totali = 47,869 n totali X (glicerolo) = n glicerolo : n totali = (6,202 n : 47,869 n) = 0,1296 6

La tensione di vapore dell’acqua vale 17,5 mmHg a 20°C La tensione di vapore dell’acqua vale 17,5 mmHg a 20°C. Calcolare la tensione di vapore presentata, alla stessa temperatura, da una soluzione acquosa 0,100 m di glucosio. Soluzione Bisogna applicare la formula : P = P0 x XH2O (Legge di Raoult : la tensione di vapore della soluzione è uguale a quella del solvente puro per la sua frazione molare) La molalità indica che in questa soluzione sono disciolte 0,100 moli di glucosio per Kg di H2O. Le moli di H2O sono: 1000 g/18 u.m.a. = 55,56 moli Le moli totali sono: Moli di glucosio + moli di H2O = (0,100 + 55,56) moli = 55,66 moli XH2O (frazione molare dell’acqua) = 55,56 moli/55,66 moli totali = 0,9992 (la frazione molare non ha dimensioni perché è data dal rapporto tra valori che hanno le stesse dimensioni) P = P0 x XH20 = (17,5 mmHg x 0,9992) = 17,486 mmHg 7

Una certa quantità (10 g) di un soluto non volatile è sciolta in 100 g di benzene (C6H6). La tensione di vapore del benzene puro, a 30°C, è 121,8 mmHg e quella della soluzione 113,0 mmHg alla stessa temperatura. Qual è il peso molecolare del soluto? Soluzione P = P0 x X(benzene) Indico con x il peso molecolare del soluto volatile Quindi 113,0 mmHg = 121 mmHg per moli benzene / [moli totali] Peso molecolare del benzene = [6(12) + 6(1)] = 78 u.m.a. 113,0 = 121,8 per 100/78 diviso [10/x + 100/78]; 113,0 = 121,8 per 1,282/[10/x + 1,282]; 113,0 = 156,15 / [10 + 1,282x]/x; 113,0 (10 + 1,282 x) = 156,12 x; 1130 + 144,866 x = 156,15 x; 156,15 x - 144,866 x = 1130; 11,284 x = 1130; x = 1130/11,284 = 100,14 u.m.a. 8