Caso di soluzione ottenuta da una reazione chimica col solvente

Solubilizzazione di un composto ionico ad opera dell’acquaLa variazione di energia si chiama Hdissoluzione

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

ComponentiSostanze che compongono la soluzione

Componente presente in maggiore quantità

Ogni altro componente

LE SOLUZIONI

Solvente

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

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 concentrazionein soluzioni ideali

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

Metodi misura della concentrazione

Le percentualiIndica la composizione percentuale dei vari

componenti la soluzione.

Percentuale in moli : moli di soluto in 100 moli totaliPercentuale in peso (% P/P) : grammi di soluto in 100 grammi totaliPercentuale 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 puroPercentuale in volume (%V/V): volume di soluto in 100 volumi di soluzione

Metodi misura della concentrazione

Frazione molare () La quantita' di soluto e' espressa in moli ed e'

rapportata alla quantita' di soluzione espressa come somma delle moli di tutti i componenti:

nsoluto/ntotali

Quindi la frazione molare 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 moliV= 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

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.

Metodi misura della concentrazione

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.

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.

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).

P.M.

zP.E. =

Per un elettrolita (acido, base, sale) il numero di equivalenza z è uguale al numero di equivalenti del suo anione o del suo catione

Per un catione o un anione il numero di equivalenza z coincide con la sua carica.

m (g)

PE (g/eq)

neq (eq) =

= z (eq) • n (mol)

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

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

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

Hsoluzione.= Eret+ Hsolvatazione

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 infinitaSe Eret> Hsolvatazione processo endotermicoSe Eret < Hsolvatazione 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

Legge di HenryPgas= k Cgas

Dove P è la pressione parziale del gas e C la concentrazione del gas disciolto nel liquido

Se il soluto è poco volatilePsolv.= solvP°solv

Legge di Raoult

Pi= iP°i

Dimostrazione abbassamento tensione di vapore

Soluzioni ideali a due componenti (volatili)

P = PA + PB (legge di Dalton)

Soluzione ideale: le forze attrattive A-B devono essere simili alle forze attrattive A-A e B-B (es. benzene-toluene)

P = A P°A + B P°B

PA = A P°A; PB = B P°B (legge di Raoult)

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

Distillazione (miscele ideali)

Teb(toluene): 110,6°CTeb(benzene): 80,1°C

0,45 0,73

vapore

liquido

l+v

0,2

Distillazione frazionata

Alla fine: benzene quasi puro come distillato e toluene quasi puro come residuo

Distillazione frazionata

Distillazione (miscele non ideali)Raoult:dev. positive

Da sinistra: etanolo quasi puro come residuo e azeotropo come distillato

Da destra: benzene quasi puro come residuo e azeotropo come distillato

Raoult:dev. negative

Da sinistra: cloroformio quasi puro come distillato e azeotropo come residuo

Da destra: acetone quasi puro come distillato e azeotropo come residuo

Abbassamento crioscopico e innalzamento ebullioscopico di una soluzione

Tc= Kc mTe=Ke m

Pressione osmotica VnRT

Effetto dell’osmosi sui cetrioli e le prugne