Le SLe Soluzioni eoluzioni eLe proprietàLe proprietà

le proprietà le proprietà colligativecolligative

Le soluzioni ideali

Soluzioni ideali:

Il volume della soluzione è uguale alla somma dei volumi delle singole sostanze che la costituiscono

Il processo di formazione di una soluzione, a partire dai componenti, è atermico (non c’è scambio calore)

Conseguenza: Nelle soluzioni ideali non ci sono interazioni soluto-soluto

Si avvicinano al comportamento ideale le soluzioni diluite con componenti di natura chimica simile

Liquido

Vapore

energia delle molecole sulla superficie

fraz

ione

di m

olec

ole

Hevap.

L’evaporazione L’evaporazione è un è un fenomeno che avviene sulla fenomeno che avviene sulla superficie di separazione.superficie di separazione.

•Il numero di particelle che dal liquido tendono a passare alla fase gassosa dipende anche dal numero delle particelle presenti nell’unità di volume

•Pertanto, la tendenza del solvente a passare alla fase gassosa diminuisce al crescere della concentrazione del soluto (ci sono meno particelle di solvente per unità di volume!)

Osservazione

Legge di Raoult:Legge di Raoult:La pressione di vapore di un

componente è proporzionale alla frazione delle sue molecole.

PA = PA0 XA

PB = PB0 XB François-Marie Raoult (1830-1901)

Legge di Raoult:Legge di Raoult:

La variazione della tensione di vapore di un componente di una soluzione rispetto al componente puro è proporzionale alla somma delle frazione molari dei componenti della soluzione

PA = PA0 XB

PPAA = P = PAA00 X XAA

PPBB = P = PBB00 X XBB

XXAA + + XXBB = 1= 1

XXAA11 00

XXBB1100

PPAA00

PPAA

PPBB00

PPBB

PPtottot

PPAA PPBB

Esempio: Calcolare P dell’acqua a 25°C quando 5,67 g di glucosio (C6H12O6) sono sciolti in 25,2 g di acqua. A tale temperatura la tensione di vapore dell’acqua pura è 23,8 mmHg

glucosioglucosio mol 0,0315 g/mol 180,2

g 5,67 n

OHOH 22mol 1,40

g/mol 18,0

g 25,2 n

0,022 1,40 0,0315

0,0315 xglucosio

Dalla legge di Raoult:

P= PA°xglucosio = 23,8 mmHg 0,0220 = 0,524 mmHgPA= PA°xH2O = 23,8 mmHg (1-0,0220) = 23,3 mmHg

Osservazione

•Il numero di particelle che dal liquido tendono a passare alla fase gassosa dipende anche dal numero delle particelle presenti nell’unità di volume

•Pertanto, la temperatura di ebollizione del solvente è maggiore del liquido puro

•Le particelle di soluto interagiscono con le particelle di solvente che pertanto interagiranno tra di loro con maggiore difficoltà

•Pertanto, la temperatura di solidificazione del solvente è più bassa di quella del liquido puro

pre

ssio

ne

temperatura

LIQUIDO

SOLIDOGAS

0°C 100°C

1,00 atm

soluzione

Temperatura di congelamento della soluzione

Temperatura di ebollizione della soluzione

Per soluzioni diluite si può dimostrare che

Kb, nota come costante ebullioscopica, e Kf, nota come costante crioscopica, sono costanti caratteristiche solo del solvente.

Esse hanno unità °C/m.

Tb= Tb(soluzione) - Tb(solvente) = Kb m

Tf= Tf(solvente) - Tf(soluzione) = Kf m

Costanti ebullioscopiche e crioscopiche

solvente Nomeconvenzionale

Te° Ke Tf° Kf

H2O acqua 100,0 0,512 0,00 1,86

CH3COCH3 acetone 56,5 1,73 - -

C2H5OH etanolo 78,5 1,22 -117,3 1,99

CH3COOH acido acetico 118,9 3,10 16,6 3,90

C6H6 benzene 80,1 2,53 5,5 4,90

CHCl3 cloroformio 61,2 3,63 - -

(C2H5)2O etere etilico 34,5 1,19 - -

C6H5NO2 nitrobenzene - - 5,7 6,90

C6H12 cicloesano 80,7 2,69 6,5 20,0

canfora canfora - - 178,4 37,7

Problema: Sapendo che per l’acqua Kb= 0,512 °C/m e Kf=1,86 °C/m calcolare il punto di ebollizione e di fusione di una soluzione acquosa di glucosio 0,0222 m. Tb= Kb m = 0,512 °C/m 0,0222 m = 0,0114 °C

Tb= 100,00 + 0,0114 = 100,011°C

Tf= Kf m = 1,86 °C/m 0,0222 m = 0,0413 °CTf= 0,000 + 0,0413 = - 0,041°C

Le proprietà colligative possono essere usate per determinare il peso molecolare di sostanze non note.

moli= m Kg solvente

Tf= 179,5 –176,0 = 3,5 °C

Problema: La canfora è un solido che fonde a 179,5°C ed ha Kf= 40°C/m. Se 1,07 mg di un composto sono sciolti in 78,1 mg di canfora fusa la soluzione congela a 176,0 °C. Determinare il peso molecolare del composto.

L’abbassamento del punto di congelamento è:

Da cui si ricava la molalità della soluzione:

m 0,088C/m40

C3,5

K

T m

f

f

Dalla definizione di molalità si può ottenere il numero di moli del composto:

solvente Kg

soluto moli m

Quindi:

Moli = m Kg solvente = 0,088 mol/Kg 78,110-6 Kg = 6,9 10-6 mol

La massa molare del composto è data da:

g/mol 101,6 mol 106,9

g 101,07

moli

massaM

M

massa moli

26-

3-

m

m

Proprietà delle soluzioni ideali:

abbassamento della pressione parziale di vapore Pi = Pi° Xi

innalzamento della temperatura di ebollizione Teb = keb mi

abbassamento della temperatura di congelamento Tcr = - kcr mi

Anche il fenomeno dell’osmosi (pressione osmotica) è associato all’abbassamento della tensione di vapore. Esso riveste una grande importanza in relazione a sistemi biologici. Coinvolge membrane semipermeabilimembrane semipermeabili, cioè strati sottili e con fori abbastanza larghi da far passare le molecole di solvente, ma non di soluto, specie di elevato peso molecolare.

OsmosiOsmosi

PRESSIONE OSMOTICA

SOLVENTE

SOLUZIONE

solvente con soluto

solvente puro

flusso di solvente(osmosi)

membrana semipermeabile(fa passare solo il solvente)

AA BB

Pressione osmoticaPressione osmotica =pressione che occorre esercitare su A per bloccare il flusso osmotico

La pressione osmoticapressione osmotica è indicata con . Un esempio è anche la pressione esercitata dalla colonna di solvente in questo esperimento:

= pressione osmotica= pressione osmotica

V = n RT

da cui:

= RT c (c = molarit= RT c (c = molarità)à)Jacobus Henricus van 't HoffRotterdam (1852) - Steglitz (1911)Premio Nobel per la Chimica 1901

Legge di van’t HoffLegge di van’t Hoff

c= concentrazione specie in soluzionec= concentrazione specie in soluzione

Esempio: Calcolare la pressione osmotica di una soluzione 0,02 M di glucosio a 25°C?

= MRT = 0,02 mol/l0,0821 latm/(K mol)298 K= = 0,5 atm

Esempio: Calcolare la pressione osmotica di una soluzione 0,020 M di NaCl a 25°C?

= MRT = 0,02 mol/l0,0821 latm/(K mol)298 K= = 0,5 atm

= MiRT = 2 0,020 mol/l0,0821 latm/(K mol)298 K= = 1,0 atm

La pressione osmotica viene utilizzata per calcolare il peso molecolare di sostanze polimeriche o macromolecole.

Lmol 3,15298K mol) atm/(KL 0,0821

atm107,70

RT

π MRTπ

-3

/

atm107,70 mmHg/atm 607

mmHg 5,85 P 3-

La concentrazione molare della proteina è:

Problema: Problema: 50 ml di una soluzione acquosa contengono 1,08 g di una proteina e presentano una pressione osmotica di 5,85 mmHg a 298 K. Quale è il peso molecolare di tale proteina?

La pressione in atmosfere è:

Il numero di moli della proteina è:

mol1,58L1050mol/L103,15 VMmoli V

moliM 3-4- 510

La massa molare della proteina è:

g/mol6,84mol101,58

g 1,08

moli

massaM

5-m410

Comportamento della cellula

1= soluzioni isotonica2= soluzione ipotonica3= soluzione ipertonica

ProprietProprietà colligative:à colligative:

abbassamento della pressione parziale di vapore Pi = Pi° Xi

innalzamento della temperatura di ebollizione Teb = keb mi

abbassamento della temperatura di congelamento Tcr = - kcr mi

pressione osmotica = RT Mi