Sistemi omogenei e sistemi eterogenei
Si definisce sistema una certa porzione di materia di cui vogliamo esaminare il comportamento fisico,
chimico o chimico-fisico. Il resto della materia circostante è definito ambiente.
Una porzione di materia, oltre a essere delimitata da superfici nette, può possedere in ogni punto le stesse
caratteristiche (per esempio, di stato di aggregazione, calore, consistenza, ecc.): in tal caso viene più
propriamente definita fase e costituisce un sistema omogeneo.
Una porzione di materia può anche essere formata da più fasi omogenee, per cui le sue caratteristiche
non sono ovunque le stesse: in tal caso costituisce un sistema eterogeneo.
Miscugli eterogenei e miscugli omogenei
I miscugli sono dei sistemi che si ottengono dall’unione fisica di due o più sostanze. Essi si distinguono in:
•miscugli eterogenei, quando sono individuabili due o più fasi e i componenti sono distinguibili a occhio
nudo o con l'ausilio di un microscopio (una sospensione è un miscuglio eterogeneo tra un solido e un liquido;
un'emulsione è un miscuglio eterogeneo tra due liquidi immiscibili);
•miscugli omogenei, quando si presentano in un'unica fase e i componenti non sono più distinguibili,
neppure al microscopio.I miscugli omogenei sono anche detti soluzioni, formati da un solvente, il
componente più abbondante (che determina lo stato fisico del sistema), e da un soluto il componente
dissolto nel solvente.
Le soluzioni colloidali sono particolari sistemi intermedi tra un miscuglio eterogeneo e
un miscuglio omogeneo, in cui si distingue una fase dispersa (formata da particelle di dimensioni comprese
tra quelle di polveri microscopiche e quelle di singoli atomi) contenuta in una fase disperdente.
1. Perché le sostanze si sciolgono?
Nella formazione di una soluzione le
molecole di solvente circondano le
molecole di soluto.
Tale fenomeno è chiamato solvatazione
ed è dovuto alle attrazioni che si
esercitano fra solvente e soluto.
Quando il solvente è l’acqua la
solvatazione prende il nome di
idratazione.
SEPARAZIONE DEI COMPONENTI DI UN MISCUGLIO
I componenti di un miscuglio (omogeneo o eterogeneo) possono essere isolati per mezzo di
opportune tecniche di separazione basate su operazioni fisiche.
Per la separazione dei componenti di miscugli eterogenei costituiti da fasi solide diverse si
può ricorrere all'estrazione, operata per mezzo di un solvente capace di solubilizzare
selettivamente soltanto alcuni componenti del miscuglio. Per esempio, il sale può essere separato
da un miscuglio di sale e sabbia facendolo sciogliere dall'acqua.
I componenti di miscugli eterogenei costituiti da una fase solida e una fase liquida possono
essere separati per: filtrazione, mediante l'uso di filtri di carta apposita che lasciano passare la
fase liquida e trattengono la fase solida; centrifugazione, mediante la quale le sostanze più
dense, e cioè quelle costituenti la fase solida, si depositano sul fondo di opportune provette fatte
ruotare in una centrifuga, separandosi così dal liquido.
Per separare i componenti di miscugli omogenei in fase liquida (soluzioni) si ricorre alla
distillazione, che si basa sulle diverse temperature d'ebollizione dei componenti stessi. La
distillazione, che si effettua in un distillatore, è basata sul fatto che i vapori che si liberano
portando all'ebollizione tale miscela sono prevalentemente formati dal componente con
temperatura di ebollizione inferiore e che quindi può essere isolato (per condensazione) e raccolto
come distillato.
Una tecnica particolare di separazione usata per i miscugli liquidi è la cromatografia, che si basa
sulla diversa velocità di migrazione su un mezzo poroso( carta da filtro, calcare …) dei diversi
componenti un miscuglio, sotto l’azione trascinante di un solvente in movimento sul mezzo poroso
SOLUBILITA’ DELLE SOSTANZE
Tra soluto e solvente si stabiliscono delle interazioni che determinano alla soluzione
caratteristiche
particolari. Per questo motivo la solubilità di una qualunque sostanza dipende dalla natura
dei legami
che la caratterizzano e dalla natura dei legami che essa è in grado di stabilire con il suo
solvente.
Valgono le seguenti regole:
•un solvente polare scioglie sostanze polari (cioè che posseggono legami covalenti polari oppure
ionici)
•un solvente non polare scioglie sostanze non polari
•l’acqua è il solvente universale
Una soluzione si dice satura quando non è più in grado di sciogliere altro soluto che se venisse
aggiunto rimarrebbe indisciolto (corpo di fondo). Una soluzione satura è in equilibrio col proprio soluto
indisciolto
Quando la quantità di soluto è prossima alla saturazione, la soluzione si dice concentrata.
Quando la quantità di soluto è notevolmente inferiore alla saturazione, la soluzione si dice diluita.
Una soluzione è soprasatura quando contiene una quantità di soluto superiore a quello dell’equilibrio.
La solubilità di una sostanza è la massa (in grammi) che, a una data temperatura, si trova
disciolta in 100 g di solvente, quando la soluzione è satura.
La solubilità dei solidi nei liquidi generalmente aumenta all’aumentare della temperatura.
La solubilità dei gas nei liquidi diminuisce all’aumentare della temperatura e aumenta all’aumentare
della pressione che il gas esercitata sopra la soluzione (pressione parziale). Tale comportamento dei
gas, al variare della pressione, può sviluppare un’embolia gassosa nei subacquei che non rispettano i
COME SI COMPORTANO LE SOSTANZE SCIOLTE IN ACQUA
•Un composto molecolare non polare sciolto in acqua libera molecole intere, elettricamente
neutre, in seguito alla rottura dei deboli legami intermolecolari provocata dall’acqua. La
soluzione, pertanto, non conduce corrente. ( esempio : una soluzione di zucchero in acqua)
•Un composto molecolare polare sciolto in acqua si ionizza in quanto l’acqua, rompendo i
legami covalenti polari all’interno di ciascuna molecola, genera ioni che prima non esistevano
come tali.
La soluzione perciò conduce corrente.
HCl
H+) + Cl–
•Un composto ionico sciolto in acqua si dissocia in quanto le molecole fortemente polari
dell’acqua disgregano il reticolo cristallino, vincendo le forze di attrazione elettrostatica tra gli
ioni di segno opposto che lo formano.
Si producono ioni idrati che rendono la soluzione conduttrice di corrente.
NaCl
Na+ +
Cl–
Ca(OH)2
Ca++
+ 2OH–
ELETTROLITI : sono sostanze che sciolte in acqua producono ioni positivi e negativi, sia
mediante ionizzazione, sia mediante dissociazione.
Sono elettroliti: gli acidi, le basi, i sali.
Tutte le soluzioni elettrolitiche sono in grado di condurre corrente elettrica.
Esistono :
•elettroliti forti che si dissociano completamente
•elettroliti deboli se si dissociano parzialmente.
In questo caso si definisce:
• grado di dissociazione α il rapporto fra il numero di molecole dissociate e il numero di
molecole totali presenti nella soluzione.
molecole dissociate
α=
——————————
molecole totali
Un elettrolita forte presenta α ≃ 1; un elettrolita debole presenta α < 1.
CONCENTRAZIONE O TITOLO DELLE SOLUZIONI
La concentrazione esprime la quantità di soluto presente in una determinata quantità
di soluzione o di solvente.
CONCENTRAZIONI PERCENTUALI
• massa/ massa (% m/m) : numero di grammi di soluto sciolti in 100 grammi di
soluzione.
massa soluto (g)
% in peso =
——————— .
100
massa soluzione (g)
• volume/ volume (% v/v) : numero di millilitri di soluto sciolti in 100 millilitri di
soluzione.
volume soluto (ml)
% in volume =
——————— . 100
volume soluzione
CONCENTRAZIONE MOLARE O MOLARITA’ (M)
Esprime il numero di moli (n) di soluto
in 1 litro di soluzione.
n soluto (mol)
M = ———————
V soluzione (L)