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Caso di soluzione ottenuta da una reazione chimica col solvente

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Caso di soluzione ottenuta da una reazione chimica col solvente. Solubilizzazione di un composto ionico ad opera dell’acqua La variazione di energia si chiama D H dissoluzione Alcuni solidi si sciolgono in liquidi con processo endotermico altri con processo esotermico.

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Presentation Transcript
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Solubilizzazione di un composto ionico ad opera dell’acqua

La variazione di energia si chiama DHdissoluzione

Alcuni solidi si sciolgono in liquidi con processo endotermico altri con processo esotermico .

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LE SOLUZIONI

Sono miscele omogenee di due o più sostanze

Componenti

Sostanze che compongono la soluzione

Componente presente in maggiore quantità

Solvente

Ogni altro componente

Soluto

Le proprietà delle soluzioni non dipendono dalle quantità assolute

di ciascun componente quanto dai rapporti tra le quantità dei vari componenti ovvero dalle quantità relative dei vari componenti → le concentrazioni

metodi misura della concentrazione in soluzioni ideali
Metodi misura della concentrazionein soluzioni ideali

Percentuale in massa (m%). La quantita\' di soluto e\' espressa in unita\' di massa (ad esempio g) ed e\' rapportata in percentuale alla massa della soluzione espressa nelle stesse unita\' di misura:

m (%) = msoluto/msoluzione x100

Quindi m(%) rappresenta grammi di soluto per 100 grammi di soluzione

metodi misura della concentrazione
Metodi misura della concentrazione

Percentuale in volume

La quantita\' di soluto e\' espressa in unita\' di volume (ad esempio l) ed e\' rapportata in percentuale al volume della soluzione espressa nelle stesse unita\' di misura

V(%)=Vsoluto/Vsooluzione x100

Poco usato perché i volumi spesso non sono additivi

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Le percentuali

Indica la composizione percentuale dei vari componenti la soluzione.

Percentuale in moli : moli di soluto in 100 moli totali

Percentuale in peso (% P/P) : grammi di soluto in 100 grammi totali

Percentuale in peso di soluto per volume di soluzione (% P/V): grammi di soluto in 100 ml totali

Percentuale in peso rispetto al solvente : grammi di soluto in 100 g di solvente puro

Percentuale in volume (%V/V): volume di soluto in 100 volumi di soluzione

metodi misura della concentrazione1
Metodi misura della concentrazione

Frazione molare (c)

La quantita\' di soluto e\' espressa in moli ed e\' rapportata alla quantita\' di soluzione espressa come somma delle moli di tutti i componenti:

c=nsoluto/ntotali

Quindi la frazione molare c rappresenta il numero di moli di soluto che corrisponde ad 1 mole di soluzione.

metodi misura della concentrazione2
Metodi misura della concentrazione

Molarita\' (M)La quantita\' di soluto e\' espressa in moli ed e\' rapportata alla quantita\' di soluzione, espressa in litri: M= n/V(l)

con n= numero di moli

V= volume in l

Quindi la molarita\' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1l di soluzione + utile della M quando la temperatura della soluzione varia

metodi misura della concentrazione3
Metodi misura della concentrazione

Molalita\' (m )La quantita\' di soluto e\' espressa in moli ed e\' rapportata alla quantita\' di solvente (non soluzione) espressa in kg :

m= n/msolvente(kg)

Quindi la molalita\' rappresenta il numero di moli di soluto presenti in 1kg di solvente

metodi misura della concentrazione4
Metodi misura della concentrazione
  • Parti per milione

ppm= parti soluto/106parti soluzione (mg/L)

  • Parti per miliardo

ppb= parti soluto/109 parti soluzione (μg/L)

Le parti possono essere espresse in massa o in volume

metodi misura della concentrazione5
Metodi misura della concentrazione

Normalità (N)

N= neq/V (l)

esprime il numero di equivalenti di soluto per litro di soluzione. Gli equivalenti sono le quantità di sostanza che hanno la stessa capacità di combinazione nelle reazioni chimiche. Gli equivalenti sono numericamente uguali alle moli o a frazioni semplici di esse.

equivalenti
EQUIVALENTI

Peso equivalente: di una sostanza la sua quantità in grammi che reagisce completamente con 1 g di idrogeno o con 8 g di ossigeno.

Si definisce equivalente o grammoequivalente di una sostanza la quantità in grammi corrispondente al peso equivalente.

Gli equivalenti o sono quantità in grammi delle diverse sostanze che reagiscono completamente tra loro.

Gli equivalenti reagiscono e si formano sempre in rapporto unitario (1 : 1).

Un composto può entrare in reazioni diverse con rapporti stechiometrici diversi, il peso equivalente non può essere dedotto a priori ma solo considerando il composto nel contesto della reazione a cui partecipa o per la quale deve essere usato.

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m (g)

neq (eq) =

PE (g/eq)

Per un elettrolita (acido, base, sale) il numero di equivalenza z è uguale al numero di equivalenti del suo anione o del suo catione

P.M.

P.E. =

z

= z (eq) • n (mol)

  • Per un catione o un anione il numero di equivalenza z coincide con la sua carica.
  • z è uguale al numero di elettroni ceduti o acquistati da una sostanza durante una reazione redox
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Esempio  Calcolare il peso equivalente dei seguenti acidi o basi: a) perclorico; b) solforico; c) idrossido di zinco

a) HClO4→ monovalente quindi z = 1 eq/mol

P.E. = P.M./z = 100.46 (g/mol)/ 1(eq/mol) = 100.46 g/eq

b) H2SO4→ divalente quindi z = 2 eq/mol

P.E. = P.M./z = 98.08 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.04 g/eq

c) Zn(OH)2→ divalente quindi z = 2 eq/mol

P.E. = P.M./z = 99.41 (g/mol)/ 2(eq/mol) = 49.71 g/eq

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Reazione di neutralizzazione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede una mole di H+ se si tratta di un acido o acquista una mole di H+ se si tratta di una base. P.E.=P.M.\n° moli H+ scambiati

Reazione di ossidoriduzione. Il peso equivalente è il peso in grammi di sostanza che cede acquista o cede una mole di elettroni.

P.E.=P.M.\n° moli e- scambiati

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Esempio Calcolare il peso equivalente di KMnO4 nella semireazione di riduzione in ambiente acido. Determinare, inoltre la normalità di una soluzione che contiene 0.02 moli di KMnO4 in un litro.

MnO4- + 8H+ + 5e-→ Mn2+ + 4H2O

PE (KMnO4) = PM / 5 = 158 /5 = 31.6 g/eq

Poiché 0.02 moli su 1 l → 0.02 M

N = z M = 5 • 0.02 = 0.1

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Attività

Il concetto di attività viene inteso come la concentrazione con la quale le specie prendono effettivamente parte ad un processo

L\'attività è in relazione con la concentrazione analitica C (per i gas la pressione parziale p) tramite l\'equazione

a = f*C (a = f*p, per i gas),

dove a è l’attività della specie in esamea concentrazione C (o pressione parziale p) e f, detto coefficiente di attività, è un fattore correttivo adimensionale con valori compresi tra 0 e 1.

Per concentrazioni < 10-3 esso tende a 1; per concentrazioni > 10-3 esso tende a zero quanto più la soluzione è concentrata: esso quindi è una misura della non idealità del componente in esame

Responsabile di questo fenomeno nel caso di ioni è l’attrazione elettrostatica tra due ioni in soluzione concentrata nella quale gli ionireagiscono elettrostaticamenteinmodorilevante

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Soluzione a concentrazione nota → soluzione a concentrazione minore

Soluzione1 a concentrazione M1, volume V1→ soluzione2 a concentrazione M2 (M2 < M1) e V2, tra le due soluzioni esiste la relazione:

V1M1 = V2M2

m% • d

M =

• 10

PMB

LE DILUIZIONI

La molarità M di una soluzione di densità d (g/ml) in cui m% è la percentuale in peso del generico soluto B di peso molare PMB si ricava dalla seguente relazione:

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Solubiltà = massima concentrazione di soluto ottenibile a una certa T o concentrazione della soluzione in presenza di un corpo di fondo

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DHsoluzione.= Eret+ DHsolvatazione

Queste due energie dipendono dalla carica e dalle dimensioni degli ioni dove

Eretenergia che occorre fornire per allontanare gli ioni del reticolo a distanza infinita

Se Eret> DHsolvatazione processo endotermico

Se Eret < DHsolvatazione processo esotermico

La dissoluzione di solidi contenenti ioni a carica elevata (es. AlF3, Cr2O3) è troppo endotermica (elevata Ereticolare) perché tali solidi possano essere molto solubili in acqua.

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Legge di Henry

Pgas= k Cgas

Dove P è la pressione parziale del gas e C la concentrazione del gas disciolto nel liquido

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Se il soluto è poco volatile

Psolv.= csolvP°solv

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Legge di Raoult

Pi= ciP°i

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Soluzione ideale: le forze attrattive A-B devono essere simili alle forze attrattive A-A e B-B

(es. benzene-toluene)

Soluzioni ideali a due componenti (volatili)

P = PA + PB (legge di Dalton)

PA = A P°A; PB = B P°B (legge di Raoult)

P = A P°A + B P°B

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Soluzioni non ideali con deviazioni positive

Le forze attrattive A-B sono più deboli delle forze attrattive A-A e B-B (Teb più bassa; es. acqua-etanolo; etanolo-benzene)

Processo endotermico

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Soluzioni non ideali con deviazioni negative

Le forze attrattive A-B sono più forti delle forze attrattive A-A e B-B [Teb più alta; es. acqua-acido (legami idrogeno); acetone- cloroformio]

Processo esotermico

Soluzioni reali diluite si avvicinano al comportamento ideale

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vapore

l+v

liquido

0,45

0,73

Distillazione (miscele ideali)

Teb(toluene): 110,6°C

Teb(benzene): 80,1°C

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Alla fine: benzene quasi puro come distillato e toluene quasi puro come residuo

Distillazione frazionata

0,2

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Raoult:

dev. negative

Da sinistra: cloroformio quasi puro come distillato e azeotropo come residuo

Da destra: acetone quasi puro come distillato e azeotropo come residuo

Distillazione (miscele non ideali)

Raoult:

dev. positive

Da sinistra: etanolo quasi puro come residuo e azeotropo come distillato

Da destra: benzene quasi puro come residuo e azeotropo come distillato

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Nei fermentatori non si può ottenere etanolo puro da soluzioni acquose, perché l’etanolo forma con l’acqua un azeotropo minimobollente al 95% in etanolo.

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Le curve di riscaldamento e di raffreddamento dell’acqua pura e di una soluzione acquosa (verde)

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Fase disperdente(simile a un solvente)

Fase dispersa(simile a un soluto)

Il colloide è la fase dispersa(= 1-1000 nm).

Sistemi intermedi fra le soluzioni (omogenee) e le sospensioni (particelle separabili meccanicamente)

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Le particelle colloidali presentano un’elevata area superficiale e presentano, solitamente, un’elevata carica.

La presenza di cariche dello stesso segno sulla superficie delle particelle fa’ si che queste si respingano fra loro e ne impedisce l’aggregazione e quindi la precipitazione.

L’aggiunta di elettroliti ne facilita l’aggregazione e la precipitazione (coagulazione o flocculazione).

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T

gel

sol

Colloidi idrofili:affinità tra le particelle disperse e la fase disperdente (acqua). Presenza di gruppi polari come –OH, –NH2, =CO che possono interagire con il mezzo disperdente (es. ione-dipolo, legame idrogeno) e stabilizzare il colloide.

Es. gelatine, budini, proteine, amido.

Colloidi idrofobi:scarsa affinità tra le particelle disperse e la fase disperdente (acqua). Stabilità dovuta alle repulsioni tra le particelle o con la fase disperdente.

Es. dispersioni di grassi in acqua (latte) o di acqua nei grassi (maionese).

Il riscaldamento, aumentando la velocità e la frequenza degli urti fra le particelle, può favorire l’aggregazione.

sol(es., sali poco solubili dispersi in acqua): dispersione in forma liquida

gel(es., idrossidi di Fe e Al, gelatina di brodo, gel di silice): si forma una struttura rigida in cui viene catturata la fase disperdente.

(non vale per l’albume dell’uovo, irreversibile)

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Tecniche di separazione dalla fase disperdente: ultrafiltrazione, ultracentrifugazione

Le particelle disperse hanno dimensioni simili a quella della lunghezza d’onda della luce, quindi sono in grado di diffondere la luce (effetto Tyndall)

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