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LE
SOLUZIONI CHIMICHE
Una
soluzione è una miscela omogenea liquida nella quale il soluto (solido o
gas) è disciolto in un opportuno solvente (liquido).
Nel
caso di miscele tra due o più liquidi la scelta del solvente o del soluto
è arbitraria. Solitamente il liquido che è presente in maggiore quantità
è considerato il solvente.
Il
soluto il più delle volte è una sostanza solida quale un sale, un
ossido, o un idrossido mentre il solvente è una sostanza liquida che
mostra una elevata affinità chimica nei confronti del soluto.
Per
esempio l’acqua mostra ottime capacità solventi nei confronti di
sostanze con gruppi funzionali in grado di dare legami idrogeno con essa (-COO-,
-NH2, OH-, -CHO, ecc..)
Non
per niente l’acqua è il solvente per eccellenza ed il liquido più
abbondante sulla terra.
Infatti
l’H2O possiede
una elevata costante dielettrica (ovvero: il rapporto tra la
capacità elettrica di un condensatore che contiene la sostanza in esame e
la capacità del medesimo condensatore quando è vuoto) che è in grado di
contrastare il legami ionici e covalenti di molti solidi cristallini che
costituiscono alcune sostanze, infatti per sciogliere una sostanza ionica
in un liquido si debbono superare le forze che legano gli ioni tra loro.
Questo
operazione è una vera e propria reazione chimica in quanto si richiede in
alcuni casi un investimento energetico (endotermico) e in alcuni un
rilascio energetico (esotermico).
Quest’ultimo
è quello più pericoloso, ed è associabile alla preparazione di
soluzioni acide o basiche diluite da altre più concentrate. In questi
casi per evitare il forte surriscaldamento si deve versare il liquido
concentrato in un beaker riempito con acqua (sotto cappa con quanti e
occhiali protettivi).
Un
altro fattore che influenza la solubilità è la temperatura. In
genere la solubilità dei solidi nei liquidi aumenta con il crescere di
quest’ultima.
Una
reazione esotermica è favorita da una asportazione di calore tramite
bagni di ghiaccio, per esempio.
Mentre
una reazione endotermica è favorita da un apporto di calore tramite, un
bagno riscaldante.
Di
fatto l’effetto termico che si ha nella dissoluzione può considerarsi
dovuto a due processi principali, l’uno di disfacimento del reticolo
cristallino, che avviene con assorbimento di energia, e l’altro,
l’interazione con l’acqua della molecola, o ione, che va in soluzione,
che avviene sempre con liberazione di energia.
Una
soluzione SATURA è una soluzione che contiene la quantità massima
di soluto che può sciogliersi in una quantità fissa di solvente ad una
determinata temperatura.
Questa
quantità è caratteristica per quel soluto ed è espressa in g
soluto/100 g di acqua.
Anche
alcuni solventi organici sono utilizzati come solventi, ma solitamente
solo per reazioni di sintesi, in quanto non sono molto stabili (hanno p.eb
molto bassi) e non sciolgono i solidi ionici per la loro bassa costante
dielettrica.
LA
CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI La
concentrazione di una soluzione indica la quantità del soluto rispetto
alla quantità del solvente. Essa viene espressa generalmente in unità
basate sul rapporto peso/peso o sul rapporto peso/volume (*). In
chimica analitica i modi più usati per esprimere la concentrazione delle
soluzioni sono i seguenti:
Il
significato di queste espressioni è illustrato nei paragrafi che seguono.
si tenga presente che nella chimica analitica l'unità di misura
abitualmente usata per esprimere la massa è il grammo (g) con il
sottomultiplo milligrammo (mg). L'unità
per esprimere il volume è il litro (l) con il sottomultiplo (ml o cm3).
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Percentuale
in Peso
La
percentuale in peso indica il numero di grammi di soluto sciolti in
100 grammi di soluzione.
Esempio:
Una soluzione al 10 % (in peso) di NaCl contiene 10 g di NaCl in 100 g
di soluzione, cioè 10 g di NaCl e 90 g di H2O.
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Quantità
in peso nel volume Questo
modo di esprimere la concentrazione indica il peso di soluto
(generalmente in grammi) contenuto in un determinato volume di
soluzione. Di solito il volume è 100 oppure 1 litro. Quando il
volume è 100 ml, si usa l'espressione, in verità poco corretta,
<<percento % in volume>>. Esempio:
Una soluzione al 20 % di KNO3 in peso/volume è formata da 20 g
di KNO3 sciolti in acqua fino al volume di 100 ml.
Molarità Come
è noto, una mole di sostanza è una quantità in peso, espressa in
grammi, pari alla massa molare (M.M. o P.M.) della sostanza stessa.
Per esempio, una mole di NaOH, che ha P.M. = 23+16+1 =40, è data da
40 grammi di idrossido di sodi; una mole di Ba(OH)2, che ha
P.M. = 137+17+17 = 171, corrisponde a 171 grammi di idrossido di
bario. La
concentrazione molare o molarità di una soluzione indica il
numero di moli di solute contenute in un litro di soluzione. Un
soluzione contenente un mole di sostanza in un litro si chiama
soluzione molare e si indica con M; le soluzioni che contengono due,
tre, ..., moli per litro si indicano con 2M, 3M, ...Le soluzioni che
contengono un decimo, un centesimo,..., di mole per litro, si indicano
con 0,1 M, o,o1 M, ... Esempio:
1) Se si prende una mole di NaOH (cioè 40 g) e si aggiunge H2O fino a
raggiungere il volume di un litro, si ottiene una soluzione molare di
idrossido di sodio, che si indica con NaOH M. 2)
Se si pesano 2 moli di NH4Cl (107 g) e si sciolgono con H2O
fino al volume di un litro, si ottiene una soluzione doppio-molare di
cloruro ammonico, che si indica con NH4Cl 2 M. In
analisi è molto importante il fatto che volumi uguali di soluzioni di
ugual molarità contengono un ugual numero di moli. Il
numero di moli (n) contenuto in un determinato volume di soluzione è
dato dal prodotto della molarità (M) per il volume espresso in
litri (v) -
Normalità Per
ogni sostanza si può definire un peso <<equivalente>>,
che è un numero uguale al peso molare diviso per un numero intero,
variabile per ogni sostanza secondo la reazione che si considera. Il
peso equivalente di un acido è dato dalla massa molare dell'acido
diviso per il numero di ioni H+ sostituibili; Il
peso equivalente di una base è dato dal peso molare della base diviso
per il numero di OH- sostituibili. Esempio:
Nelle reazioni del tipo seguente: HCl
+ NaOH = NaCl + H2O KOH
+ HNO3 = KNO3 + H2O CH3COOH
= NaOH = CH3COONa + H2O Il
peso equivalente di HCl, HNO3, NaOH, KOH e CH3COOH
è uguale al peso molare, cioè P.Eq. HCl = 36,45; ecc. Nella
reazione: H2SO4
+ Ba(OH)2 = BaSO4 + 2H2O il
peso equivalente di H2SO4 e di Ba(OH)2
è uguale alla massa molare diviso due; cioè: P.Eq.
H2SO4 =
98/2 =
49;
P.Eq. Ba(OH)2 = 171/2 = 85,5; Il
peso equivalente di un sale non ossidante è uguale al peso molecolare
del sale diviso per il numero delle cariche positive (o negative dei
suoi ioni). Esempio:
Il peso equivalente del cloruro di bario, BaCl2, sale
formato da un catione bivalente e da due anioni monovalenti, è uguale
al peso molare diviso per 2; cioè: P.Eq.
BaCl2 = 208/2 = 104 Il
peso equivalente di una sostanza ossidante o riducente è uguale al
peso molare diviso per il numero di elettroni che vengono scambiati
nella reazione di ossidoriduzione cui la sostanza partecipa. Esempio:
Il permanganato potassico in ambiente acido reagisce secondo la
equazione schematica: MnO4-
+ 8H+ + 5 e- = Mn2+
+ 4H2O pertanto
il peso equivalente del KMnO4 è uguale al peso molare
diviso per 5; cioè: P.Eq.
KMnO4 = 158/5 = 31,6 Dalla
definizione di peso equivalente deriva la definizione di
grammo-equivalente. Il
grammo equivalente o equivalente di una sostanza
(abbreviato eq)è una quantità di peso (espressa in
grammi pari al peso equivalente della sostanza stessa. Un
sottomultiplo dell'equivalente (eq) è il milliequivalente
(meq), pari a 0,001 eq. Quindi si ha: meqHCl = 36 mg
e così via. Come
il numero di moli di una sostanza si ottiene dal peso della sostanza
(espresso in grammi) diviso per il peso molecolare, così il numero di
equivalenti di una sostanza (espresso in grammi) diviso per il peso
equivalente. La
normalità di una soluzione indica il numero di
equivalenti di soluto sciolti in un litro di soluzione. Una soluzione
contenente un equivalente di sostanza in un litro si chiama soluzione
normale. e si indica con N.
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