Le soluzioni

Sono miscele omogenee di due o piùsostanze (in forma di molecole, atomi, ioni) di cui quella presente in quantitàmaggiore è definita solvente, le altre soluti.

possono essere

solide (leghe) liquide aeriformi

Anche se il solvente e il soluto sono in fasi diverse, esse assumono lo stato di aggregazione del solvente

La solubilità

E’ la quantità massima di soluto che può sciogliersi, ad una data temperatura, in una data quantità di solvente: la soluzione in questo caso di dice satura.

Una soluzione è insatura quando il solvente èancora in grado di sciogliere soluto o soluti.

Una soluzione insatura può essere diluita, se la quantità di soluto disciolta è piccola o concentrata se invece è grande, relativamente alla quantità di solvente.

Equilibrio dinamico in una soluzione satura

Una soluzione è satura quando il numero delle particelle di soluto che lasciano la loro posizione nel reticolo cristallino è uguale, nell’unità di tempo, a quello delle particelle che ritornano a far parte del solido. A questo punto il solido non si scioglie più e rimane del corpo di fondo. La quantità di soluto, per unità di solvente, necessaria a formare una soluzione satura, rappresenta la sua solubità. Si èraggiunto uno stato di equilibriodinamico: una trasformazione continua ad avvenire, ma contemporaneamente ha luogo, e con la stessa velocità, la trasformazione in senso contrario.

Il processo di solubilizzazione

I soluti possono essere:

• ionici

• di tipo covalente polare

• di tipo covalente non

polare

I solventi possono essere

• di tipo covalente polare

• di tipo covalente non

polare

I soluti ionici sono solubili in solventi covalenti polari.

I soluti covalenti polari sono solubili in solventi covalenti polari.

I soluti non polari (o leggermente polari) sono solubili in solventi non polari (o leggermente polari).

+ -δδδδ-

ione sodio ione cloruro molecola d’acqua

δ+ δ+

+

Le molecole di H2O si comportano come dipoli e si orientano verso i cristalli di NaCl, in modo tale da orientare i propri poli positivi e negativi verso gli ioni periferici di carica opposta, vincendo progressivamente le forti attrazioni esistenti.

-

-

Solido ionico in solvente covalente polare

Solubilità di un solido covalente polare in un solvente polare

glucosio

CH2OH

H

OCH

OH

OH H

C C

C

H OH

H

OH

C

Il glucosio forma con l’acqua legami ad idrogeno. Da un cristallo si separano molecole idratate.

= =

Soluto apolare in solvente apolare

naftlalene

trielina

Il naftalene è solubile nella trielina perché tra le due sostanze si instaurano le forze di Van der Waals.

+

+ -

Soluzioni di liquidi in liquidi:miscibilità.Liquidi polari

+ -

- +

- +

+ -+ -

+ -

+ -

+ -

+ -+ -

+ -+ -

+ -+ -

+ -+ -

+

++

+

+

+

++

+ -

+

+

+ -

Due o più liquidi polari si miscelano tra di loro grazie all’instaurarsi di attrazioni dipolo-dipolo

+Alcol etilico

+ -+ - Acqua

+

Liquidi polari e apolari

+

olio acqua miscela

++

+

+ + + ++

+

++ ++

++ +

+

+

++

+

Un liquido apolare non potrà miscelarsi con uno polare, perché le forze intermolecolari sono diverse

+

+

++

+

++

Liquidi apolari

Due o più liquidi apolari si miscelano tra loro perché tra essi si instaurano le forze di Van der Waals.

+

Tetracloruro bromo misceladi carbonio

La dissoluzione dell’idrossido di sodio in acqua è un processo esotermico, quella dell’idrossido di ammonio è endotermico. Il cloruro di sodio si scioglie in acqua senza modificazione della temperatura del sistema.

Effetti termici nella dissoluzione di un composto ionico

La dissoluzione di un composto ionico avviene in due fasi: 1-demolizione della struttura cristallina del composto ionico con richiesta di energia e 2-idratazione degli ioni, con liberazione di energia. Il bilancio energetico di questi due processi può rendere il processo esotermico o endotermico.

Effetti termici nella dissoluzione di un composto ionico

(liberazione di energia)

1-disgregazione del cristallo

( assorbimento di energia)

2- idratazione

Le proprietà colligative delle soluzioni

Il solvente, come ogni sostanza pura, possiede delle proprietà fisiche caratteristiche. La presenza del soluto, nella soluzione, modifica le caratteristiche del solvente. Alcune proprietàdelle soluzioni dipendono esclusivamente dalla concentrazione della soluzione , cioè dal numerodi particelle di soluto presenti, non dalla suanatura. Queste particolari proprietà si definiscono proprietà colligative e sono: l’abbassamento della tensione di vapore, l’innalzamento del punto diebollizione, l’abbassamento della temperatura disolidificazione, la pressione osmotica.

Abbassamento della tensione di

vapore

La tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è minore di quella del solvente puro: infatti alla superficie della soluzione alcune particelle di solvente sono sostituite da quelle di soluto, che non hanno alcuna tendenza ad evaporare.

molecola del solvente molecola del soluto

tempo

Temper atura(°C)

105-

100-

9 -

inizia l’ebollizione

acqua salata

acqua pura

Innalzamento della temperatura di ebollizione

Innalzamento della temperatura di ebollizione

Le interazioni che si vengono a creare tra soluto e solvente diminuiscono la tendenza delle molecole del solvente a liberarsi, per passare allo stato di vapore. E’ necessaria piùenergia per vincere queste interazioni, rispetto a quella necessaria al solvente puro. Di conseguenza, si registrerà una temperatura di ebollizione piùelevata.

tempo

Temper atura(°C) 0-

-2-

inizia il congelamento

acqua salata

acqua pura

-1-

2-

1-

Abbassamento della temperatura di solidificazione

Abbassamento della temperatura di solidificazione

L’abbassamento della temperatura di solidificazione della soluzione, rispetto a quella del solvente puro, è dovuta al disturbo che le particelle di soluto provocano alle molecole del solvente, le quali dovendole accoglierle, cambiano il loro modo di aggregarsi. Le particelle di soluto costituiscono un ostacolo alla solidificazione del solvente perché si interpongono tra le sue molecole impedendo loro di organizzarsi in un reticolo cristallino

Osmosi

L’osmosi è un processo che consiste nel passaggio

delle molecole del solvente da una soluzione più diluita

ad una più concentrata quando tra esse è posta una

particolare membrana, detta membrana semipermeabile, capace di lasciarsi attraversare solo dalle molecole del

sovente e non da quelle del soluto.

molecola del soluto

molecola del solvente

Pressione osmotica

solvente puro soluzione

movimento del solvente

pressione osmotica

pressione necessaria per contrastare l’aumento del volume

Quando solvente e soluto sono separati da una membrana semipermeabile (a) le molecole del solvente tendono a spostarsi verso la soluzione dove sono meno concentrate (osmosi). Il volume della soluzione aumenta (b) e quindi diminuisce la concentrazione di soluto. La pressione osmotica è quella che si deve applicare per impedire l’aumento del volume della soluzione.

(a) (b) (c)

Molecola del soluto

Molecola delsolvente

Modi per esprimere la concentrazione

La concentrazione si può esprimere in vari modi:

Molarità: E’ definita dalle moli di soluto disciolte in un litro di soluzione (solvente + soluto)

M = moli (soluto)

V(L)( soluzione)

n° moli = Molarità (mol) x V(L)L

Percentuale in massa (% m/m): indica la quantità in grammi di soluto disciolta in 100 g di soluzione.

Percentuale in volume (% V/V): indica il volume in cm3 di soluto disciolto in 100 cm3 di soluzione

Fattori che influiscono sulla solubilitàdi un gas

temperatura

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,0070

0,0060

0,0050

0,0040

0,0030

0,0020

0,0010

Solu

bili

tàin

g p

er

100 g

di acqua

O2

CH4

N2

La solubilità dei gas nei liquidi è influenzata dalla pressione e dalla temperatura. Essa diminuisce all’aumentare della temperatura e, ad una determinata temperatura, risulta proporzionale alla pressionedel gas sul liquido.

Pressione in atm

1 2 3 4 5

Solu

bili

tàin

(g / 1

00 g

di acqua a

25°C

)x 1

04

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

O2

N2

He

Fattori che influiscono sulla solubilità dei solidi e dei liquidi

La solubilità della maggior parte dei liquidi e dei solidi aumenta al crescere della temperatura

KNO3

KBr

NaCl

Ce2(SO4)3

Li2SO4

NaNO3

Pb(NO3)2

Temperatura °C

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Solu

bili

tàin

g p

er

100 g

di acqua

10 2

0 30 40 50 6

0 70 80 9

0 100

110