Le proprietà delle soluzioni

Le proprietà delle soluzioni

• Una soluzione è un miscuglio omogeneo formato da più componenti, solidi, liquidi o aeriformi.
• Una soluzione è omogenea in ogni sua parte.
• Una soluzione è costituita sempre da un solvente e da uno o più soluti; il solvente è la componente più abbondante e i soluti sono i componenti presenti in minore quantità.

Una sostanza di dice solubile se si scioglie in grandi quantità in un solvente; se non si scioglie o si scioglie in minima quantità di dice insolubile.

La solubilità è la quantità massima di soluto che può sciogliersi in una data quantità di solvente o di soluzione ad una certa temperatura.

Una soluzione si dice satura quando contiene la massima quantità possibile di soluto, a una data temperatura. Se però continuo ad aggiungere del soluto, questo non si scioglierà più e si depositerà nel recipiente, è il cosiddetto corpo di fondo.

Che effetto ha la temperatura sulla solubilità?

Soluti solidi

Soluti gassosi

La solubilità aumenta con l'aumentare della temperatura.

La solubilità aumenta con il diminuire della temperatura e con l'aumentare della pressione.

Legge di Henry

Per un dato gas a una certa temperatura, la quantità che si discioglie in un solvente è direttamente proporzionale alla pressione esercitata dal gas a contatto con il solvente.

L'acqua è il solvente per eccellenza

La maggior parte delle soluzioni sono soluzioni acquose. Sono le caratteristiche polari dell'acqua che fanno si che l'acqua riesca a sciogliere molte sostanze.

Le molecole polari dell'acqua interagiscono elettrostaticamente con i composti ionici formando legami ione-dipolo.

Le molecole di acqua si dispongono attorno agli ioni formando delle sfere di idratazione.

Lo ione circondato dal solvente è chiamato ione solvatato o idratato (se il solvente è l'acqua).

Quindi il processo per cui il solvente separa gli ioni di carica opposta, si lega e li circonda, prende il nome di dissociazione elettrolitica.

NaCl(s)

Na+(aq) + Cl-(aq)

Le soluzioni contenenti ioni sono dette soluzioni elettrolitiche. Tutti i composti ionici solubili in acqua sono detti elettroliti.

Osserviamo questa equazione chimica:

HCl(g)

H+(aq) + Cl-(aq)

Nel cloruro di idrogeno, l'atomo di idrogeno e di cloro sono tenuti insieme da un legame covalente polare e non da un legame ionico. Ma l'acqua interagisce con questa molecola mediante interazioni dipolo-dipolo.

L'acqua è in grado di provocare la ionizzazione di molecole contenenti legami covalenti polari, cioè la loro dissociazione in ioni.

HCl(g)

H+(aq) + Cl-(aq)

Risultato: in acqua sia i composti ionici che composti molecolari con legame covalente polare si dissociano in ioni e danno soluzioni eletrolitiche.

La concentrazione delle soluzioni

La concentrazione di una soluzione indica la quantità di soluto presente in una determinata quantità di solvente o soluzione.

In base alle diverse esigenze, la concentrazione di una soluzione si può esprimere in diversi modi:

massa/massa (%m/m)

• Concentrazione percentuale

• Concentrazione in parti per milione (ppm)
• Concentrazione molare
• Frazione molare
• Concentrazione molale

massa/volume (%m/V)

volume/volume (%V/V)

La concentrazione percentuale

• Concentrazione percentuale massa/massa (%m/m)

Indica quanti grammi di soluto sono sciolti in una certa quantità espressa in grammi di soluzione.

massa di soluto (g)

%m/m =

x 100

massa della soluzione (g)

Oppure procedere impostando una proporzione

• Concentrazione percentuale massa/volume (%m/V)

Indica quanti grammi di soluto sono sciolti in una certa quantità espressa in volume (mL) di soluzione.

massa di soluto (g)

%m/V =

x 100

volume soluzione (mL)

• Concentrazione percentuale volume/volume (%V/V)

Indica quanti mL di soluto sono solubilizzati in 100mL di soluzione.

mL di soluto (g)

%V/V =

x 100

100ml di soluzione

Esempio:

Il vino contiene 13,5 mL di soluto (etanolo) in 100 mL di soluzione (vino).

massa/massa (%m/m)

• Concentrazione percentuale

• Concentrazione in parti per milione (ppm)
• Concentrazione molare
• Frazione molare
• Concentrazione molale

massa/volume (%m/V)

volume/volume (%V/V)

• Concentrazione molare

La concentrazione molare o molarità è il rapporto tra la quantità di soluto (mol) e il volume della soluzione (L).

nsoluto (mol)

concentrazione molare (M) =

Vsoluzione (L)

• Frazione molare

La frazione molare (X) indica il rapporto tra la quantità di sostanza (mol) di un componente della soluzione e il numero totale di moli di tutti i componenti presenti nella miscela.

nA (mol)

XA =

ntot (mol)

E' una grandezza adimensionale e assume valori minori di 1.

• concentrazione molale

La concentrazione molale o molalità indica la quantità di soluto disciolta nella massa del solvente.

nsoluto (mol)

m =

msolvente (kg)

Preparazione di una soluzione per diluizione

In laboratorio, le soluzioni possono essere preparate in due modi diversi:

1. pesando le opportune quantità di soluto e scioglierle nel solvente.
2. per diluizione, cioè da una soluzione madre si preleva un piccolo volume che poi si diluisce aggiungendo solvente fino ad ottenere la soluzione desiderata, a concentrazione inferiore.

Ci x Vi = Cf x Vf

Le proprietà colligative delle soluzioni

Le proprietà colligative delle soluzioni sono proprietà che dipendono solo dalla concentrazione della soluzione e non dalla natura chimica del soluto o del solvente.

Ad esempio: una soluzione 0,1M di saccarosio sciolto in acqua solidifica ad una temperatura inferiore allo zero. Ma anche una soluzione di etanolo in acqua alla concentrazione di 0,1M solidifica al di sotto dei 0°C.

Le proprietà colligative delle soluzioni sono:

• abbassamento della tensione di vapore del solvente.

• innalzamento della temperatura di ebollizione

• abbassamento della temperatura di solidificazione

• pressione osmotica

• abbassamento della tensione di vapore del solvente.

La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore prodotto dal liquido stesso.

Confrontate con il solvente puro, tutte le soluzioni mostrano una tendenza ad evaporare che è tanto inferiore quanto più sono concentrate.

Ad esempio in una soluzione di acqua e NaCl, il solvente ha una minore tendenza ad evaporare perchè in superficie è presente un numero minore di molecole d'acqua e poi perchè ci sono le forze intermolecolari tra ioni e acqua che ne rallentano l'evaporazione.

La presenza di un soluto non volatile fa diminuire la tendenza a evaporare del solvente.

• innalzamento della temperatura di ebollizione

L'innalzamento della temperatura di ebollizione di chiama innalzamento ebulliscopico ed è proporzionale alla concentrazione della soluzione.

Una soluzione bolle a temperatura superiore a quella del solvente puro.

• abbassamento della temperatura di congelamento

Una soluzione solidifica a temperature inferiori a quella di solidificazione del solvente puro.

La dimunuzione della temperatura di solidificazione prende il nome di abbassamento crioscopico.

Per tutte le soluzioni con uguale solvente, a parità di concentrazione, si ha lo stesso abbassamento della temperatura di congelamento indipendentemente dal tipo di solvente.

In mare il ghiaccio si forma alla temperatura di -1,8°C.

• pressione osmotica

Le particelle si muovono secondo gradiente, cioè dalla zona più concentrata verso quella meno concentrata. Questo movimento è spontaneo, non richiede energia.

Se confrontiamo le concentrazioni di due soluzioni, la soluzione più concentrata è detta ipertonica e quella meno concentrata è detta ipotonica. Se le due soluzioni hanno ugual concentrazione, si dicono isotoniche.

Divido i due rami di un tubo a U con una membrana semipermeabile che è un setto di separazione che può essere attraversato da molecole piccole come l'acqua ma non da grandi molecole come quelle di un soluto (molecole o ioni).

Sia le molecole di soluto che le molecole di acqua tenderebbero a migrare secondo il loro gradiente di concentrazione. Ma possono passare solo le molecole di acqua e il risultato quindi è un flusso netto di acqua dal ramo di sx al ramo di dx.

L'osmosi è la migrazione spontanea delle molecole del solvente da una soluzione più diluita ad una più concentrata, attraverso una membrana semipermeabile.

La pressione osmotica di una soluzione è la pressione che occorre esecitare per arrestare il flusso di solvente che passa attraverso una membrana semipermeabile, dalla soluzione più diluita a quella più concentrata.