Chimica: molecole in movimento, soluzioni e conducibilità elettrica

ZANICHELLI Giuseppe Valitutti Marco Falasca Patrizia Amadio

Chimica: molecole in movimento Seconda edizione

ZANICHELLI Capitolo 13 Le proprietà delle soluzioni

ZANICHELLI Sommario

1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?
2. Le soluzioni elettrolitiche e il pH
3. Solubilità, temperatura e pressione
4. Esprimere le concentrazioni con le grandezze fisiche
5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche
6. Le proprietà colligative

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

Le soluzioni si formano per effetto dell'agitazione termica delle particelle: › di soluto (sostanza che è presente in quantità minore) di solvente (sostanza che è presente in quantità maggiore). Matteo Di Giosia

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

Quando un soluto si scioglie in un solvente: si rompono alcuni dei legami che mantengono unito il soluto si formano nuovi legami tra il soluto e il solvente > le molecole di solvente circondano le molecole di soluto (solvatazione). Se il solvente è l'acqua, la solvatazione viene chiamata idratazione.

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

La conducibilità è una caratteristica dell'acqua pura che può essere influenzata dalla presenza di un soluto: la conducibilità dell'acqua pura è praticamente nulla.

La soluzione di acqua e zucchero non conduce la corrente: la lampadina non si accende.

La soluzione di solfato di rame ha una elevata conducibilità elettrica: la lampadina si accende. Science Photo Library

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

I composti molecolari polari non ionizzabili (come il saccarosio) formano soluzioni: l'acqua rompe i legami dipolo-dipolo che ci sono tra le molecole di soluto, ma la soluzione che si ottiene non conduce corrente elettrica.

H2O C12H22O11(s) C12H22011(aq) X × × × + - + - + + + - - X + - + - molecola di saccarosio

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ZANICHELLI molecola di acqua 1 + + V X ×

1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

I composti molecolari polari ionizzabili (come HCl e gli acidi) formano soluzioni: l'acqua rompe il legame covalente tra idrogeno e non metallo (ionizzazione), formando ioni che rendono la soluzione in grado di condurre elettricità.

H2O HCl(g) H(ag) + Cl(aq) H+ molecola di acqua CI- + HCI X × X ione positivo × × + ione negativo molecola di acido cloridrico

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

> I composti ionici (come NaCI) formano soluzioni: l'acqua separa gli ioni di carica opposta presenti nel solido (dissociazione) e questi ioni rendono la soluzione in grado di condurre l'elettricità.

NaCl(s) H2O Na(ag) + Cl(aq) Na+ CI- + + + ione positivo F + + + ione negativo

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ZANICHELLI molecola di acqua +

1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

Gli ioni che si originano per dissociazione o ionizzazione sono idratati, circondati quindi da molecole d'acqua. I composti che in soluzione acquosa formano ioni si chiamano elettroliti e le soluzioni di elettroliti vengono dette soluzioni elettrolitiche. > Un elettrolita è una sostanza che rende elettricamente conduttrice la soluzione acquosa in cui è disciolto.

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1. Che cosa accade quando si forma una soluzione?

> Gli elettroliti forti (i sali, gli idrossidi e i composti molecolari come l'acido cloridrico) si ionizzano completamente. Gli elettroliti deboli (composti molecolari come l'acido nitroso HNO2) si ionizzano parzialmente. I non elettroliti (composti molecolari come lo zucchero o l'alcol etilico) si disciolgono sotto forma di molecole elettricamente neutre.

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2. Le soluzioni elettrolitiche e il pH

Gli elettroliti possono essere acidi, basi o sali. Gli acidi, in acqua, liberano ioni H+ che si legano istantaneamente ad una molecola di H2O formando ioni H3O+ (ione idronio).

HNO3(I) H2O(I) H(ag) + NO3(aq)

> Le basi invece liberano ioni OH- (ione idrossido o ossidrile).

NaOH(s) H2O(1) Natag) + OH (aq)

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2. Le soluzioni elettrolitiche e il pH

La scala di misura che indica il carattere acido o basico di una soluzione è il pH: > la soluzione è neutra se il pH è uguale a 7,00 (le concentrazioni degli ioni H+ e OH- sono uguali) › la soluzione è acida se il pH è minore di 7,00 (la concentrazione degli ioni H+ è maggiore di quella degli ioni OH-) › la soluzione è basica se il pH è maggiore di 7,00 (la concentrazione degli ioni OH- è maggiore della concentrazione degli ioni H+).

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2. Le soluzioni elettrolitiche e il pH

acido cloridrico aceto pomodoro latte sangue broccoli candeggina limone acidi gastrici banana acqua pura bicarbonato sapone 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

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ZANICHELLI idrossido di sodio disgorgante liquido mela

3. Solubilità, temperatura e pressione

La solubilità è influenzata dalla temperatura: i soluti solidi sono più solubili in acqua calda che in acqua fredda; i soluti gassosi, invece, sono meno solubili in acqua calda.

La solubilità di un gas dipende molto anche dalla pressione.

02 1 solubilità (mol/L · 10-3) N2 0,5- He 0- 0 0,5 1,0 pressione (atm)

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3. Solubilità, temperatura e pressione

La solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas al di sopra della soluzione: se aumenta la pressione del gas al di sopra della soluzione, aumenta il numero di urti delle molecole e la velocità con cui esse passano in soluzione. Questo è vero, però, solo se il gas non reagisce chimicamente con il solvente.

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4. Esprimere le concentrazioni con le grandezze fisiche

Per soluzioni molto diluite, è comodo esprimere la concentrazione in parti per milione. La concentrazione in parti per milione (ppm) indica le parti di soluto presenti in un milione di parti di soluzione.

parti di soluto ppm = parti di soluzione 106 Soluto e soluzione devono essere espressi con la stessa unità di misura, la concentrazione in ppm risulta quindi adimensionale.

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

La molarità (M) di una soluzione è data dal rapporto tra la quantità di soluto, espressa in numero di moli n, e il volume V della soluzione, espresso in litri.

molarità - nsoluto ,(mol) V soluzione (L) La molarità si esprime in moli per litro (mol/L). 1 M = 1 molare = 1 mol/L

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

n soluto (mol) = M (mol/L) . Vso soluzione (L)

V soluzione (L) = nsoluto ,(mol) M (mol/L) La molarità dipende dalla temperatura perché il volume di una soluzione aumenta per riscaldamento e diminuisce per raffreddamento.

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

Per preparare in laboratorio una soluzione a molarità nota: 1. Si pesa la quantità di NaCl desiderata. 2. Si introducono i 58,50 g nel matraccio da 1 L. 3. Si aggiunge una parte dell'acqua e si agita per favorire la dissoluzione del solido. 4. Si porta a volume (aggiungendo acqua fino alla tacca sul collo) e si mescola per omogeneizzare.

H20 it in 20℃ 1000 continentof .. 1000 in 20 ℃ ml continental Carlo Gardini, Parma EEL 58.50 3 CAP 600G - 1000 in 20°℃ ..... .. continental

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

Spesso si preferisce preparare una soluzione a concentrazione nota (titolata) diluendone una più concentrata. Con la diluizione la quantità di soluto resta invariata:

ni=nf Mi . Vi= Mf. Vf

Vi i Mf = Mi VE f

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

Per preparare 100 ml di una soluzione 0,10 M partendo da una soluzione 1,0 M: Premere per aspirare Premere per rilasciare 2. Si introducono i 10 ml di soluzione nel matraccio da 100 mL. 0 2 1. Si prelevano 10 ml della soluzione 1,0 M. MEL A 100 A100 3. Si aggiunge acqua, si agita e si porta a volume fino alla tacca che corrisponde a 0,001 L. DISTILLED W DESTILLI MBL A 100 Matteo Di Giosia

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5. Esprimere le concentrazioni con le grandezze chimiche

Quantità di soluto

Quantità di solvente

Concentrazione della soluzione

Definizione 1 molare (1 M) 1 mol A nsoluto (mol) M = soluzione ne (L) 1 L 1 mol/L 1 mol A 1 molale (1 m) 1 kg 1 mol/kg nsoluto (mol) m = msolvente (kg)

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