© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 1. Le soluzioniLe soluzioni 2. Solubilità e temperaturaSolubilità e temperatura 3. Dipendenza

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CAPITOLO

1. Le soluzioni

2. Solubilità e temperatura

3. Dipendenza della solubilità dalla natura del soluto e del solvente

4. Fattori che influenzano la solubilità dei gas: pressione e temperatura

5. Concentrazione molare (M)

6. Diluizione di soluzioni a molarità nota

7. Stechiometria delle reazioni in soluzione

8. Frazione molare

9. Molalità di una soluzione (m)

10. Le proprietà colligative

11. Proprietà colligative di soluzioni contenenti ioni

12. Osmosi e pressione osmotica

13. Colloidi

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Indice


Una soluzione è una miscela omogenea di due o più sostanze che presenta proprietà uniformi in ogni sua parte.

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CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI1

La sostanza disciolta rappresenta il soluto, mentre il solvente è il liquido che porta in soluzione il soluto.

Le soluzioni

Il ruolo di solvente può essere svolto non solo dall’acqua, ma anche da sostanze, come la trielina e l’alcool etilico, che presentano proprietà completamente differenti dall’acqua.


La solubilità varia da sostanza a sostanza ed è influenzata dalla temperatura.

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2 Solubilità e temperatura

“Per solubilità s’intende la quantità massima di soluto che può sciogliersi, ad una definita temperatura, in una data quantità di solvente”.

CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

Soluzione insatura di NaCl. Soluzione satura di NaCl.


Quando il solvente non riesce a sciogliere il composto che resta allo stato solido, sul fondo del recipiente, la soluzione è detta satura.

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Una soluzione in cui il soluto è completamente disciolto è detta insatura.

In una soluzione satura si verificano due processi opposti: uno di solubilizzazione, l’altro di cristallizzazione.

Processo di solubilizzazione e di cristallizzazione in una soluzione satura.



Conoscendo la solubilità di un solido a diverse temperature è possibile tracciare la sua curva di solubilità.

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La solubilità dei solidi, in genere, aumenta con il crescere della temperatura.


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3 Dipendenza della solubilità dalla natura del soluto e del solvente

I composti ionici sono solubili in acqua.

I composti covalenti polari (glucosio, saccarosio, fruttosio) sono molto solubili in acqua.

Il solfato di rame (II) è solubile in acqua (a sinistra), ma insolubile in trielina (a destra).


Rappresentazione del processo di dissoluzione di NaCl: le molecole di H2O staccano gli ioni Na+ e Cl− dal cristallo portandoli in soluzione come ioni idratati.


I composti covalenti non polari (naftalene) non sono solubili in acqua, un solvente polare, mentre sono solubili in solventi organici.

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Dipendenza della solubilità dalla natura del soluto e del solvente

3 CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

Il naftalene solido è solubile in trielina (a sinistra) ma insolubile in acqua (a destra).


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Una regola che si può ricavare da questi comportamenti è la seguente:

Dipendenza della solubilità dalla natura del soluto e del solvente

Due liquidi polari (alcool etilico e acqua) sono completamente miscibili tra loro.

“una sostanza tende a disciogliersi in un solvente chimicamente simile ad essa, cioè “il simile scioglie il simile”.

Invece un liquido non polare (olio) non è solubile in acqua.



La solubilità dei gas nei liquidi risulta influenzata dalla pressione e dalla temperatura, mentre per la solubilità dei solidi risulta importante la temperatura.

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L’influenza della pressione sulla solubilità dei gas nei liquidi è regolata dalla legge di Henry.

Fattori che influenzano la solubilità dei gas: pressione e temperatura

“ad una data temperatura, la solubilità di un gas in un liquido risulta direttamente proporzionale alla pressione del gas sul liquido”.


La solubilità di O2, N2, He in acqua cresce con l’aumentare della pressione.


La solubilità dei gas in acqua diminuisce con l’aumentare della temperatura.

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Fattori che influenzano la solubilità dei gas: pressione e temperatura


La solubilità di CO2, O2, N2 in acqua diminuisce al crescere della temperatura..


La molarità è uno dei modi più comunemente adoperati per esprimere la concentrazione di una soluzione.

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5 Concentrazione molare (M)

moli (soluto) Molarità (M) = Vlitri (soluzione)

La molarità (indicata con M) è definita dalle moli di soluto disciolto in un litro di soluzione (soluto + solvente).


Una quantità pesata di CuSO4 5 H2O (0,6243 g) viene dapprima posta in un matraccio pulito del volume di 250 ml.

Il CuSO4 • 5 H2O solido viene disciolto in meno di 250 mL di acqua. Si tappa il matraccio e si agita.

Il matraccio viene riempito fino alla tacca di 250 mL con l’aggiunta goccia a goccia dell’acqua distillata necessaria. Si tappa il matraccio e si agita.


Diluendo con acqua una soluzione concentrata di molarità nota si ottiene una soluzione più diluita.

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Con la diluizione il numero di moli di soluto non varia:

Diluizione di soluzioni a molarità nota


moli di soluto = moli di soluto

M1 V1 = M2 V2

(prima della diluizione) (dopo la diluizione)


Nella preparazione di soluzioni di acidi forti e di basi forti si deve prestare particolare attenzione.

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6 Diluizione di soluzioni a molarità nota

Diluizione di una soluzione di acido forte (H2SO4).


Procedura corretta. Procedura non corretta.


Molte reazioni chimiche avvengono in soluzione acquosa.

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Per i calcoli stechiometrici che interessano soluzioni acquose molari si applicano i passaggi relativi al reagente limitante, tenendo presente che le moli dei reagenti si ricavano dal volume e dalla molarità degli stessi reagenti.

Stechiometria delle reazioni in soluzione



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La frazione molare del soluto (xs) e quello del solvente (xsolv) è data dalle relazioni:

Frazione molare

La frazione molare di ciascun componente di una soluzione è data dal rapporto tra le moli di quel componente e la somma di tutti i componenti della soluzione (soluto + solvente).

ns n solv

xs = e xsolv. = ns + nsolv ns + nsolv



La molalità di una soluzione è definita dalle moli di soluto disciolto in 1 kg di solvente e si indica con m

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moli di soluto Molalità (m) = massa del solvente (kg)

Molalità di una soluzione (m) CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI


La presenza di un soluto non volatile disciolto in un solvente modifica le proprietà fisiche del solvente.

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Queste proprietà dipendono solo dal numero di particelle di soluto disciolte nel solvente, cioè dalla concentrazione e non dall’identità chimica del soluto.Le proprietà colligative di una soluzione riguardano:

Le proprietà colligative

Un soluto non volatile abbassa la pressione di vapore del solvente perché diminuisce il numero di molecole del solvente che abbandonano la superficie del liquido.

Queste modificazioni vanno sotto il nome di proprietà colligative.

Abbassamento della pressione di vapore




La pressione di vapore di una soluzione con soluto non volatile (b) è minore di quella del solvente puro (a) alla stessa temperatura.

a b



Questo fenomeno è regolato dalla legge di Rault:

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“in una soluzione (soluto + solvente) la pressione di vapore del solvente è proporzionale alla frazione molare del solvente”.


p = p° xsolv

p pressione di vapore del solvente in una soluzione p° pressione di vapore del solvente puro xsolv frazione molare del solvente



L’espressione che dà direttamente l’abbassamento della pressione di vapore (p) è:

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p p° xsoluto


dove xsoluto è la frazione molare del soluto.



L’innalzamento della temperatura di ebollizione (innalzamento ebullioscopico), teb, di una soluzione è dato dalla relazione:

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teb Keb m


dove teb variazione del punto di ebollizioneKeb costante molale ebullioscopicam concentrazione molale della soluzione

Innalzamento della temperatura di ebollizione




Abbassamento della temperatura di congelamento

L’abbassamento della temperatura di congelamento (abbassamento crioscopico), tcr, è proporzionale alla concentrazione molale secondo la relazione:

tcr Kcr m

dovetcr variazione del punto di congelamentoKcr costante molale crioscopica m concentrazione molale della soluzione



Le proprietà colligative CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

Il diagramma evidenzia che la temperatura di ebollizione della soluzione è superiore a quella dell’acqua e la temperatura di congelamento della soluzione è più bassa di quella dell’acqua.

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Nel caso di sostanze ioniche, che in soluzione si dissociano, occorre calcolare l’effettiva concentrazione degli ioni presenti.

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tcr Kcr m i teb Keb m i

Proprietà colligative disoluzioni contenenti ioni

dove i indica quante moli di ioni derivano da ogni mole di soluto.


Pertanto per i composti di struttura ionica si applicano le relazioni:


Prende il nome di osmosi il movimento delle molecole del solvente attraverso una membrana semipermeabile dalla regione a più bassa concentrazione di soluto (al limite il solvente puro) ad una soluzione più concentrata di soluto.

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12 Osmosi e pressione osmotica CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

La soluzione concentrata zuccherina richiama per osmosi H2O che passa attraverso la membrana semipermeabile.

La pressione idrostatica della soluzione dovuta al dislivello h, ed esercitata sulla faccia interna della membrana, uguaglia la pressione osmotica di H2O che tende a passare nella soluzione.


Per pressione osmotica () s’intende la pressione idrostatica esercitata dalle molecole di solvente che passano attraverso una membrana semipermeabile in un sistema in soluzione all’equilibrio.

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12 Osmosi e pressione osmotica

Per soluzioni diluite la pressione osmotica e la concentrazione (mol/L) sono in relazione tra loro mediante l’equazione di van’t Hoff:

M R T

dove pressione osmoticaM molarità della soluzione R costante di proporzionalitàT temperatura assoluta in kelvin

Il processo di osmosi è molto importante in campo biologico.



I colloidi (o dispersioni colloidali) sono miscele con particelle più grandi di quelle presenti in una soluzione omogenea ma più piccole di quelle che formano una sospensione.

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13 Colloidi CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

Soluzione di cloruro di sodio in acqua (miscela omogenea).

a b

Sospensione costituita da una spremuta di arancia (miscela eterogenea).

c

Maionese (un colloide).


13 Colloidi CAPITOLO 14. LE SOLUZIONI

Mezzo disperdente(simile al solvente)

gas

gas

Nomi comuni

aerosol solido

aerosol liquido

Tipi di colloidi ed esempi.

Esempi

pulviscolo atmosferico, fumo,

scarichi delle auto

nebbia, nuvole, aerosol spray

Fase dispersa(simile al soluto)

solido

liquido

solido

liquido

gas

solido

liquido

liquido

solido

emulsioni

schiuma

vernici, budini, gelatine

latte, maionese

Panna montata, schiuma

della birra

solido

liquido

gas

solido

solido

solido

sol solidi

emulsione

schiuma

molte gemme colorate

burro

schiuma da barba

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