Soluzioni e Diluizioni – Teoria
Marco Bonechi – www.bioforfun.it
SOLUZIONI e DILUIZIONI
Introduzione
In chimica viene definita soluzione un sistema in cui due o più sostanze formano un miscuglio omogeneo.
Nella maggior parte dei casi una soluzione è costituita da due componenti:


Soluto, è il componente che viene sciolto ed è presente in percentuale minore;
Solvente, è colui che scioglie il soluto ed è presente in percentuale molto maggiore.
Es. L’acqua usata per cuocere la pasta è un esempio di soluzione salina, il sale rappresenta il soluto mentre
l’acqua il solvente; possiamo notare che il solvente (acqua) è presente in quantità molto maggiore rispetto
al soluto (sale).
A seconda dello stato di aggregazione in cui si trovano soluto e solvente si possono ottenere diversi tipi di
soluzione:
-
Solido disciolto in un liquido (acqua e sale)
Solido disciolto in un gas (anidride carbonica e aria)
Liquido disciolto in un liquido (alcol e acqua)
Solido disciolto in un solido (leghe stagno e rame)
Gas disciolto in un liquido (acqua gassata, anidride carbonica e acqua)
Non tutti i soluti sono solubili nei solventi (come nel caso dell’acqua e dell’olio) e non tutti i miscugli sono
soluzioni.
Vediamo quali sono le proprietà caratteristiche delle soluzioni:
1. Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più componenti (soluto e solvente), questi hanno
una composizione variabile, ovvero può essere variata entro certi limiti la quantità di soluto e di
solvente.
2. In genere una soluzione è limpida e può essere colorata o incolore.
3. Le particelle di soluto sono distribuite in modo omogeneo in tutto il volume della soluzione. Ogni
porzione di una soluzione possiede le medesime proprietà chimico-fisiche.
4. Il soluto può essere separato dal solvente con metodi puramente fisici come l’evaporazione o la
distillazione.
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Concentrazione delle soluzioni
Per concentrazione di una soluzione di intende la quantità di soluto disciolto in una data quantità di
solvente o di soluzione.
Spesso vengono usati i termini “soluzione diluita” e “soluzione concentrata”, per soluzione diluita si intende
una soluzione che contiene una quantità molto piccola di soluto, mentre una soluzione concentrata ne
contiene una quantità grande.
Esistono molti modi di esprimere la concentrazione di una soluzione, questi si dividono in unità fisiche e
unità chimiche.
Unità fisiche:
- Percentuale in peso ( % m/m)
- Percentuale in volume (% V/V)
- Percentuale peso volume (% m/V)
- Parti per milione (ppm o mg/L)
- Parti per miliardo (ppb o μg/L)
Unità chimiche:
- Molarità (M)
- Normalità (N)
- Molalità (m)
Vediamo caso per caso come si esprimo le varie concentrazioni.
Percentuale in peso (% m/m)
Esprime la massa in grammi di soluto presente in 100g di soluzione.
Es. In una bottiglia di acido clorico sta scritto << HCl 15% m/m >> questo significa che su 100 g di soluzione,
sono presenti 15g di acido cloridrico.
N.B. per grammi di soluzione si intende la somma dei grammi di soluto e quelli di solvente.
% m/m =
2
g soluto
5 ∙ 100
(g soluto + g solvente)
Teoria – soluzioni e diluizioni
=
g soluto
(g soluzione)
5∙∙ 100
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Percentuale in volume (%V/V)
Esprime il volume in mL di soluto contenuti in 100 mL di soluzione.
Questo tipo di concentrazione è usato per soluzioni in cui sia il soluto sia il solvente si trovano allo stato
liquido.
Un esempio è il grado alcolico riportato nelle bottiglie di vino, esso rappresenta i millilitri di alcol puro
presenti in 100 mL di vino; se un vino che possiede 11 gradi ( 11% V/V) significa che in 100 mL del vino sono
presenti 11 mL di alcol etilico.
% V/V =
volume di soluto
2 ∙ 100
(volume totale di soluzione)
Percentuale peso volume (% m/V)
Esprime la massa in grammi di soluto presente in 100 mL di soluzione.
Es. per preparare una soluzione salina a 15% m/V si pesano 15g di cloruro di sodio NaCl si sciolgono in
acqua e si porta il volume a 100 mL, così che in 100 mL di soluzione siano presenti 15g del sale.
% m/V =
g soluto
mL soluzione
2 ∙ 100
Parti per milione (ppm) (mg/L)
Rappresentano i grammi di soluto presenti in 106 grammi di soluzione.
Facendo due equivalenze ci accorgiamo anche e questa concentrazione corrisponde anche ai mg di soluto
presenti in 1Kg di soluzione, pertanto se le soluzioni sono molto diluite (ovvero la loro densità è
approssimabile a 100 Kg/m3, quella dell’acqua) le parti per milione sono anche esprimibile come mg di
soluto presenti in 1L di soluzione (mg/L).
Tale modo di esprimere la concentrazione è molto importante per le normative europee sul controllo delle
sostanze dannose, infatti le parti per milione o (mg/L) vengono usate per esprimere la concentrazione dei
contaminanti presenti nell’aria e nell’acqua.
ppm =
g soluto
2 ∙ 106 =
( g soluto + g soluzione )
ppm =
mg soluto 2
Kg soluzione
mg/L =
mg soluto 2
L soluzione
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g soluto
2 ∙ 106
g soluzione
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Parti per miliardo (ppb) (μg/L)
Sono equivalenti alle parti per milione ma rappresentano i grammi di soluto presenti in 10 9 grammi di
soluzione. Essi corrispondono anche ai μg di soluto presenti in 1Kg di soluzione e per soluzioni diluite sono
anche i μg di soluto presenti in 1L di soluzione (μg/L).
ppb =
g soluto
2 ∙ 109 =
( g soluto + g soluzione )
ppm =
μg soluto 2
Kg soluzione
mg/L =
μg soluto 2
L soluzione
g soluto
2 ∙ 109
g soluzione
Molarità (M)
Esprime il numero di moli di soluto contenute in 1L di soluzione, questa è uno dei tipi di concentrazione più
usati in chimica.
Es. Per svolgere un esperimento chimico si necessita di idrossido di sodio (NaOH) 0,1M , ciò significa che in
1L di soluzione sono contenute 0,1 moli di NaOH.
M=
moli di soluto 2
Litri soluzione
Normalità (N)
Esprime il numero di equivalenti di soluto contenuti in un litro di soluzione.
E’ utilizzata soprattutto nelle determinazioni volumetriche perché i procedimenti di calcolo risultano
semplificati.
N =
eq. Soluto 2
L soluzione
Per capire in cosa consista la normalità dobbiamo comprendere il concetto di equivalenti.
Gli equivalenti corrispondono al numero di moli divise per la valenza operativa (V.O. un numero che
vedremo tra poco come assegnare)
eq = moli 2
V.O.
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Per fare certi tipi di calcoli è opportuno sapere che gli equivalenti sono anche uguali ai grammi di una
sostanza diviso il peso equivalente, il peso equivalente (P.E) si trova dividendo la massa molare per la
valenza operativa.
eq =
g 2
P.E
P.E =
MM 2
V.O.
Calcolo della valenza operativa (dipende dalla sostanza che stiamo utilizzando)
Acidi : corrisponde al numero di H+ rilasciati es.
HCl (VO = 1)
H2SO4 (VO = 2)
Basi : corrisponde al numero di OH- rilasciati es.
NaOH (VO = 1)
Ca(OH)2 (VO = 2)
Sali : numero di cariche positive o negative rilasciate es.
NaCl (VO = 1)
Na2SO4 (VO = 2)
Reazioni redox : nelle reazioni di ossido riduzione la valenza operativa corrisponde al numero di elettroni
persi o acquistati (alla variazione del numero di ossidazione dell’elemento) Es. Se il cromo si riduce da
numero di ossidazione 6+ a numero di ossidazione 3+ , la valenza operativa vale 3.
Molalità (m)
Esprime le moli di soluto presenti in 1 Kg di soluzione.
Viene molto usata nelle proprietà colligative delle soluzioni, per il calcolo dell’innalzamento ebullioscopico
e per l’abbassamento crioscopico.
m =
moli soluto 2
Kg soluzione
DILUIZIONI
Operare una diluizione significa aggiungere ulteriore solvente ad una soluzione così che la concentrazione
della soluzione diminuisca. Infatti, le soluzioni di alcuni reattivi che si trovano in commercio possiedono una
concentrazione troppo elevata, quindi prima di usarle è opportuno ricavare soluzioni più diluite.
Il presupposto da cui partire per eseguire gli esercizi sulle diluizione è che diluendo una sostanza cambia il
volume della soluzione ma rimane invariato il numero delle moli.
Una formula che è molto utile è la seguente:
C1 ∙ V1 = C2 ∙ V2
(C1 = concentrazione soluzione 1; C2 = concentrazione soluzione 2)
( V1 = volume soluzione 1 ; V2= volume soluzione 2)
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soluzione1  soluzione concentrata
soluzione2  soluzione diluita
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