Solubilità dei gas nei liquidi: Leggi di Henry e Raoult, Presentazione

LE SOLUZIONI

Una soluzione è una miscela omogenea di atomi, molecole, ioni che provengono da sostanze diverse e si distribuiscono uniformemente in tutto il volume Il componente principale è il solvente (presente in quantità maggiore) La sostanza disciolta nel solvente è il soluto Il contatto tra solvente e soluto avviene

• Le particelle di soluto sono circondate da particelle di a livello molecolare; solvatazione solvente. È possibile quando il soluto si scioglie nel solvente.

N.B. Le soluzioni possono essere sia gassose che liquide che solide

SOLUBILITÀ

Soluto Solvente Soluzione Esempio Gas Gas Gas Aria (O2 in N2) Gas Liquido Liquido Acqua Frizzante (CO2 in H2O) Liquido Liquido Liquido Vino (Etanolo in H2O) Solido Liquido Liquido Soluzione fisiologica (NaCl in H2O) Acqua frizzante Liquido Solido Solido Solido Solido Solido Amalgama per ottutazioni (Hg in Ag) Acciaio (C in Fe)

SOLVATAZIONE

Le forze intermolecolari che tengono unite le particelle svolgono un ruolo fondamentale nel processo di dissoluzione Solvatazione-> un soluto si scioglie nel solvente: le particelle di soluto si disperdono e sono(separate)le une dalle altre in modo che ognuna sia circondata dalle molecole | di solvente La facilità con cui vengono separate dipende dall'intensità relativa di tre tipi di interazione Solvente-solvente Soluto-solvente Soluto-soluto È, nella maggioranza dei casi, un processo ESOTERMICO cioè un processo spontaneo che rilascia calore all'ambiente

SOLUZIONI LIQUIDE

Soluzione acquosa di un soluto ionico

Quando un soluto ionico (ad esempio NaCl) libera in acqua i suoi ioni (dissociazione elettrolitica) NaCl -> Na + + Cl- gli ioni vengono solvatati (in questo caso idratati) dalle molecole di solvente Le molecole di acqua si dispongono in modo da massimizzare le interazioni elettrostatiche ione - dipolo Le forze ione - dipolo spiegano la solubilità dei composti ionici in acqua molecole d'acqua - ioni Le soluzioni ioniche o elettrolitiche sono quelle che, per la presenza di ioni positivi e negativi, conducono la corrente elettrica. Un soluto che dà luogo a una soluzione elettrolitica si dice ELETTROLITA.

ELETTROLITA

FORTE: sostanza che si scioglie formando una soluzione in cui tutte o quasi tutte le particelle di soluto sono ionizzate DEBOLE: sostanza che si scioglie formando una soluzione in cui solo una piccola parte delle molecole di soluto sono ionizzate

• acidi forti: HCL, HBr, HI, HNO3 , H2SO4 , HCLO3, HCLO4
• idrossidi solubili degli elementi del I e II gruppo (tranne Be(OH)2 e Mg(OH)2)
• la maggior parte dei sali solubili (Cl-, Br-, I-, NO3-, SO42-, CH3COO-)
• gli acidi deboli
• la maggior parte delle basi e NH3
• gli alogenuri (F-, Cl-, Br-, I-, ) e i cianuri (CN-) dei metalli con numero atomico elevato (es. Ag, Pb, Hg)
• gli acidi e le basi organiche

N.B. NON ELETTROLITA: sostanza che si scioglie in acqua senza dissociarsi in ioni (la soluzione non conduce corrente elettrica) I composti ionici solubili generalmente sono elettoliti, mentre i composti molecolari tendono ad essere non elettroliti (fanno eccezione acidi e basi)

Soluzione acquosa di un soluto molecolare

CH2OH- CH2OH OH ·HO -OH CH2OH ......... OH OH Saccarosio Quando un soluto molecolare (ad esempio il saccarosio) si scioglie in acqua, le sue molecole vengono solvatate (in questo caso idratate) dalle molecole di solvente Le molecole di acqua formano legami a idrogeno con le molecole di zucchero Le vitamine sono soluti molecolari. Esse possono essere classificate come idrosolubili (solubili in acqua) o liposolubili (solubili nei grassi) Ad esempio, la vit C è una vitamina idrosolubile in quanto, presentando una notevole quantità di gruppi polari, interagisce con l'acqua formando interazioni a idrogeno Vitamina C HO H O HO HO OH

LA SOLUBILITÀ

La solubilità di un soluto in un solvente è definita come la massima quantità di un soluto che, ad una certa temperatura, si scioglie in una data quantità di solvente, formando un'unica fase con esso. Affinché un soluto si sciolga in un determinato solvente liquido, le forze di interazione tra le particelle di soluto e quelle di solvente devono essere dello stesso tipo (« simile scioglie il simile »). SOLVENTE POLARE (ad esempio H2O) scioglie: · sistemi ionici (NaCl, sali) Acqua · sostanze polari (zucchero, alcol etilico, HCL ... SOLVENTE APOLARE (ad esempio esano (C6H14)) scioglie: · idrocarburi, grassi, oli Olio · I2 , S (sostanze non polari) ad esempio molecole contenenti gruppi OH Un sistema che ha affinità con l'acqua è idrofilo Un sistema che NON ha affinità con l'acqua è idrofobo

Soluzione diluita e concentrata

Soluzione diluita è una soluzione che contiene una piccola quantità di soluto (in relazione alla solubilità ). Soluzione concentrata è una soluzione che contiene una quantità relativamente grande di soluto (in relazione alla solubilità). Soluzione satura contiene la massima quantità di soluto che può essere sciolta nelle condizioni (e quindi alla temperatura) quali si trova la soluzione. In una soluzione satura, il soluto disciolto è in equilibrio dinamico con quello indisciolto.

EFFETTO DELLA TEMPERATURA

100 Solubilità (g di sale in 100 g di H2O) 90 NaNO3 80 70 CaCl2 60 Pb(NO3)2 KNO3 50 KCI 40 Nacl 30 KCIO3 20 10 Ce2 (SO4)3 O O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura (C) La tendenza comune consiste in un aumento della solubilità di solidi e liquidi in solventi liquidi all'aumentare della temperatura Al contrario, la solubilità dei gas nei liquidi decresce sempre all'aumentare della temperatura I gas sono più solubili nei liquidi freddi che in quelli caldi, per questo motivo i mari del Nord sono notoriamente più pescosi dei mari tropicali CHA 2.0 Solubilità (MM) CO 1.0 N2 He 0 10 20 30 40 50 Temperatura (C) Grazie alla maggiore concentrazione di ossigeno nella soluzione fredda dell'acqua del mare, è garantita la sopravvivenza di una biomassa ponderalmente maggiore rispetto a quella che può sopravvivere in mare a temperature più elevate

SOLUBILITA DI UN GAS in un LIQUIDO

«A una determinata temperatura, la solubilità di un gas, che non reagisca col solvente, è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas medesimo al di sopra della soluzione. » Acqua frizzante [x] = k.p, [x] rappresenta la solubilità del gas x, ossia la quantità in peso di tale gas che si discioglie in una determinata quantità di solvente Px è la pressione parziale dello stesso gas sovrastante il liquido k è la costante di Henry e dipende dalla natura del gas, del solvente e dalla temperatura Legge di Henry T =25℃ 02 1.0 Solubilità (MM) N2 0.5 He O 0.5 1.0 Pressione parziale (atm)

Legge di Raoult

In una soluzione, le proprietà caratteristiche del solvente allo stato puro (quali ad esempio tensione di vapore e punto di ebollizione) vengono modificate dalla presenza del soluto. N.B.) Soluzione ideale - Ipotetica soluzione che si formi senza che il miscelamento dei componenti causi sviluppo o assorbimento di calore e il cui volume sia la somma dei volumi dei singoli componenti Le proprietà dipendono dalla concentrazione dei componenti. Le forze di attrazione tra particelle di soluto e particelle di solvente sono della stessa entità di quelle esistenti tra particelle di soluto e particelle di soluto e tra particelle di solvente e particelle di solvente. In una soluzione ideale, la tensione di vapore, PA, di un qualsiasi componente volatile A e proporzionale alla frazione molare XA_del componente stesso; ossia: PA = XA · PºA legge di Raoult La costante di proporzionalità POA è la tensione di vapore che il componente A possiede quando è allo stato puro, a una determinata temperatura. Le soluzioni ideali obbediscono alla legge di Raoult a tutte le concentrazioni (e a tutte le temperature). Le soluzioni reali invece presentano deviazioni anche notevoli da tale legge, ma la seguono con buona approssimazione quando la soluzione è diluita.

Miscela di due liquidi

Se consideriamo una miscela di due liquidi A e B, il loro contributo alla tensione di vapore totale della soluzione sarà: PA = PºA · XA liq 7 Ptot = PA + PB = Pº A . XAlia + POB . XB lią PB = PºB . XB liq Ptot = PA + PB PºA O PºB PA PB 0 1 1 0 PA ' XAlig = XA · Ptot gas XA. `gas = XAlia ∙ XA gas Z XAlia PB . XB lig = XB Ptot XB gas = XBliq Ptot PA = Pº A . XAliq PB = POB . XB Lig PºA Ptot ∙ 𝑝°𝐵 XB gas SXB liq gas Legge di Dalton PA = XA gas · Ptot · Ptot PB = XB gas Legge di Raoult XAlia ~ XBlia essendo PºB ≤ Ptot ≤ pºA Il vapore in equilibrio con la soluzione non ha la stessa composizione della soluzione ma è più ricco del componente più volatile Ptot = PA + PB

LA CONCENTRAZIONE

Si definisce concentrazione di una soluzione la quantità di soluto disciolta in una quantità definita di solvente o di soluzione. Modi per calcolare la concentrazione:

1. Percentuale in massa (%)
2. Percentuale in volume (%)
3. Massa in volume di soluzione
4. Frazione Molare (x)
5. Molarità (M)
6. Molalità (m)
7. Parti per milione (ppm)
8. Normalità (N)

Calcolo della concentrazione

1- Percentuale in massa (%)

Erroneamente detta % in peso! g soluto % in massa = Stot soluzione · 100 Esempio - Calcolare la percentuale in massa di una soluzione di 5 g di H2SO4 in 20 g di acqua. Percentuale in massa (%) = 5 g · 100 = 20% 20g + 5g

2- Percentuale in volume (%)

mL soluto % in volume = mL soluzione . 100 Esempio - Calcolare la percentuale in volume di alcol etilico se si sciolgono 30 ml di alcol in una quantità d'acqua tale da raggiungere un volume di soluzione pari a 150 mL. 30 mL Percentuale in volume (%) = 150 mL · 100 = 20%

3- Massa in volume di soluzione

g soluto massa/volume = litri di soluzione Esempio - Una soluzione satura di NaCl contiene 7.922 grammi di sale in 25.0 ml di soluzione. Calcolare la massa su litro di soluzione massa su litro = 0.0250 L 7.922 g = 3179 g L

4- Frazione molare (x)

È data dal numero di moli (n) di un componente diviso per il numero totale di moli di tutti i componenti della soluzione (soluti + solvente) NA XA = NA + nB + nc+ .. nB XB = NA + nB + nct .. XA + XB + Xc+ .. = 1 nc Xc = NA + nB + nc+ .. Esempio - Calcolare la frazione molare di NaOH in una soluzione di 10 g NaOH in 90 g di acqua n NaOH = 10 g/40 g·mol-1 torna indietro| nH20 = 90 g/18 g·mol-1 XNaOH = 0.25 0.25 + 5 = 0.047