Le soluzioni
Sono miscele omogenee di due o più
sostanze (in forma di molecole, atomi,
ioni) di cui quella presente in quantità
maggiore è definita solvente, le altre
soluti.
possono essere
solide (leghe)
liquide
aeriformi
Anche se il solvente e il soluto sono in fasi diverse,
esse assumono lo stato di aggregazione del solvente
La solubilità
E’ la quantità massima di soluto che può
sciogliersi, ad una data temperatura, in una
data quantità di solvente: la soluzione in questo
caso di dice satura.
Una soluzione è insatura quando il solvente è
ancora in grado di sciogliere soluto o soluti.
Una soluzione insatura può essere diluita, se
la quantità di soluto disciolta è piccola o
concentrata
se
invece
è
grande,
relativamente alla quantità di solvente.
Equilibrio dinamico in una soluzione
satura
Una soluzione è satura quando il
numero delle particelle di soluto che
lasciano la loro posizione nel reticolo
cristallino è uguale, nell’unità di tempo,
a quello delle particelle che ritornano a
far parte del solido. A questo punto il
solido non si scioglie più e rimane del
corpo di fondo. La quantità di soluto,
per unità
di solvente, necessaria a
formare
una
soluzione
satura,
rappresenta la sua solubità. Si è
raggiunto uno stato di equilibrio
dinamico: una trasformazione continua
ad avvenire, ma contemporaneamente
ha luogo, e con la stessa velocità, la
trasformazione in senso contrario.
Il processo di solubilizzazione
I soluti possono essere:
I solventi possono essere
• ionici
• di tipo covalente polare
• di tipo covalente polare
• di tipo covalente non
• di tipo covalente non
polare
polare
I soluti ionici sono solubili in solventi covalenti polari.
I soluti covalenti
covalenti polari.
polari
sono
solubili
in
solventi
I soluti non polari (o leggermente polari) sono solubili
in solventi non polari (o leggermente polari).
Solido ionico in solvente covalente polare
Le molecole di H2O si comportano come dipoli e si orientano verso
i cristalli di NaCl, in modo tale da orientare i propri poli positivi e
negativi verso gli ioni periferici di carica opposta, vincendo
progressivamente le forti attrazioni esistenti.
+
ione sodio
ione cloruro
δ+
δ+
molecola d’acqua
+
-
Solubilità di un solido covalente polare
in un solvente polare
Il glucosio forma con l’acqua legami ad idrogeno. Da un
cristallo si separano molecole idratate.
CH2OH
H
C
C
H
OH
OH C
H
O
H
H
C
C
OH
=
=
OH
glucosio
Soluto apolare in solvente apolare
naftlalene
trielina
Il naftalene è solubile nella trielina perché tra le
due sostanze si instaurano le forze di Van der
Waals.
Soluzioni di liquidi in liquidi:miscibilità.
Liquidi polari
Alcol etilico
+
+
-
Acqua
-
++ -++
+ +
+ +-+ +
+
+ - + -+
+ - + +-+ - + +-++ -- ++ +-
+
+
+
+
+
+
Due o più liquidi polari si miscelano tra di loro
grazie all’instaurarsi di attrazioni dipolo-dipolo
Liquidi polari e apolari
olio
acqua
miscela
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Un liquido apolare non potrà miscelarsi con uno
polare, perché le forze intermolecolari sono diverse
+
Liquidi apolari
Tetracloruro
di carbonio
bromo
miscela
+
Due o più liquidi apolari si miscelano tra loro
perché tra essi si instaurano le forze di Van der
Waals.
Effetti termici nella dissoluzione di
un composto ionico
La dissoluzione di un composto ionico avviene in
due fasi: 1-demolizione della struttura cristallina del
composto ionico con richiesta di energia e
2idratazione degli ioni, con liberazione di energia. Il
bilancio energetico di questi due processi può
rendere il processo esotermico o endotermico.
La dissoluzione dell’idrossido di sodio in acqua è un
processo
esotermico,
quella
dell’idrossido
di
ammonio è endotermico. Il cloruro di sodio si
scioglie in acqua senza modificazione della
temperatura del sistema.
Effetti termici nella dissoluzione di
un composto ionico
1-disgregazione del cristallo
( assorbimento di energia)
2- idratazione
(liberazione di energia)
Le proprietà colligative delle
soluzioni
Il solvente, come ogni sostanza pura, possiede
delle proprietà fisiche caratteristiche. La presenza
del
soluto,
nella
soluzione,
modifica
le
caratteristiche del solvente. Alcune proprietà
delle soluzioni dipendono esclusivamente dalla
concentrazione della soluzione , cioè dal numero
di particelle di soluto presenti, non dalla sua
natura. Queste particolari proprietà si definiscono
proprietà colligative e sono: l’abbassamento della
tensione di vapore, l’innalzamento del punto di
ebollizione, l’abbassamento della temperatura di
solidificazione, la pressione osmotica.
Abbassamento della tensione di
vapore
molecola del solvente
molecola del soluto
La tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto
non volatile è minore di quella del solvente puro: infatti alla
superficie della soluzione alcune particelle di solvente sono
sostituite da quelle di soluto, che non hanno alcuna tendenza
ad evaporare.
Innalzamento della temperatura di
ebollizione
acqua salata
105-
100-
9-
acqua pura
Le interazioni che si vengono a
creare tra soluto e solvente
diminuiscono la tendenza delle
molecole
del
solvente
a
inizia l’ebollizione liberarsi, per passare allo stato
di vapore. E’ necessaria più
energia per vincere queste
interazioni, rispetto a quella
necessaria al solvente puro. Di
conseguenza, si registrerà una
temperatura di ebollizione più
tempo
elevata.
Innalzamento della temperatura
di ebollizione
Abbassamento della temperatura di
solidificazione
L’abbassamento
della
temperatura di solidificazione
acqua pura
2della soluzione, rispetto a quella
del solvente puro, è dovuta al
1disturbo che le particelle di
soluto provocano alle molecole
0inizia il
del solvente, le quali dovendole
-1congelamento accoglierle, cambiano il
loro
-2modo
di aggregarsi. Le
particelle di soluto costituiscono
un ostacolo alla solidificazione
del
solvente
perché
si
tempo
interpongono
tra
le
sue
molecole impedendo loro di
organizzarsi in un reticolo
Abbassamento della temperatura
cristallino
di solidificazione
acqua salata
Osmosi
L’osmosi è un processo che consiste nel passaggio delle
molecole del solvente da una soluzione più diluita ad
una più concentrata quando tra esse è posta una
particolare membrana, detta membrana semipermeabile,
capace di lasciarsi attraversare solo dalle molecole del
sovente e non da quelle del soluto.
molecola del soluto
molecola del solvente
Pressione osmotica
solvente puro
(a)
pressione osmotica
soluzione
(b)
movimento del solvente
(c)
pressione necessaria per contrastare
l’aumento del volume
Molecola del soluto
Molecola del
solvente
Quando solvente e soluto sono separati da una membrana
semipermeabile (a) le molecole del solvente tendono a spostarsi verso la
soluzione dove sono meno concentrate (osmosi). Il volume della
soluzione aumenta (b) e quindi diminuisce la concentrazione di soluto. La
pressione osmotica è quella che si deve applicare per impedire l’aumento
del volume della soluzione.
Modi per esprimere la concentrazione
La concentrazione si può esprimere in vari
modi:
Molarità: E’ definita dalle moli di soluto disciolte
in un litro di soluzione (solvente + soluto)
M = moli (soluto)
V(L)( soluzione)
n° moli = Molarità (mol) x V(L)
L
Percentuale in massa (% m/m):
indica la quantità in grammi di soluto
disciolta in 100 g di soluzione.
Percentuale in volume (% V/V):
indica il volume in cm3 di soluto disciolto
in 100 cm3 di soluzione
Fattori che influiscono sulla solubilità
di un gas
Solubilità in (g / 100 g di acqua a 25°C)x 104
Solubilità in g per 100 g di acqua
La solubilità dei gas nei liquidi è influenzata dalla pressione e dalla
temperatura. Essa diminuisce all’aumentare della temperatura e, ad
una determinata temperatura, risulta proporzionale alla pressione
del gas sul liquido.
O2
0,0070
CH4
0,0060
N2
0,0050
0,0040
0,0030
0,0020
0,0010
0
10
20
30
temperatura
40
50
60
70
80
90
100
O2
200
180
N2
160
He
140
120
100
80
60
40
20
1
2
3
Pressione in atm
4
5
Fattori che influiscono sulla solubilità dei
solidi e dei liquidi
NaNO3
Pb(NO3)2
80 90
70
60
50
40
Li2SO4
30
Ce2(SO4)3
20
NaCl
10
KBr
Solubilità in g per 100 g di acqua
KNO3
100 110
La solubilità della maggior parte dei liquidi e dei solidi aumenta al
crescere della temperatura
0
10
20
30
Temperatura °C
40
50
60
70
80
90
100