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Dr. Gabriel la Giulia PulciniPh.D. Student, Development of new approaches to teaching and learningNatural and Environmental Sciences

University of Camerino, ITALY

Soluzioni e concentrazioni

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LE SOLUZIONI = SOLVENTE + SOLUTO/I

In generale, in una soluzione, uno dei componenti ha

una frazione molare vicina all’unità e si considera

solvente.

Gli altri componenti si chiamano soluti.

Solo una quantità finita di soluto si scioglie in un dato

volume di solvente. Quando la quantità di soluto presente

in un solvente supera una certa soglia si è presenti davanti

ad una soluzione satura, cioè una soluzione in equilibrio

con un eventuale solido in eccesso.

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LA CONCENTRAZIONE

La concentrazione è la misura dellacomposizione di una soluzione e in generale indicala quantità di soluto presente in una data quantitàdi solvente o di soluzione (solvente + soluto).La quantità di soluto , solvente o soluzionepossono essere espresse in numero di moli, massao volume per cui vi sono diversi modi diesprimere la concentrazione di una soluzione:

•molarità;•percentuale in massa;•frazione molare; •…………..

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MOLARITÀ

È il numero di moli di soluto presenti in un litro di soluzione:

Molarità = M = moli di soluto M = n/V n = M xV

litri di soluzione V = n/MLe unità sono mol/ℓ ma sono generalmente indicatecon M (molare).Esempio

Calcola la molarità di una soluzione ottenuta sciogliendo0,20 mol di NaCl in acqua sino ad un volume di 2,0 ℓ .

M = 0,20 moli = 0,10mol/l = 0,10M

2,0 litri

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PERCENTUALE IN PESO (o MASSA)Indica la massa del soluto rispetto alla massa della soluzione espressa in percentuale :

% p/p = massa di soluto (g) x 100massa di soluzione (g)

EsempioCalcola la % massa di soluto di una soluzione ottenutamescolando 3,5g di NaCl e 96,5g di acqua.% massa NaCl = 3,5 g_____ x 100 = 3,5 %

(3,5 + 96,5) g

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DA PERCENTUALE IN MASSA A MOLARITA’ E VICEVERSA

Se indichiamo con % la percentuale del soluto espressa inpeso su peso, d la densità della soluzione (d =massa/volume) e infine PM il peso molecolare del solutosi avrà:M = d x % p/p x 1000 (d in g/ml) % p/p = M x100 x PM

100 x PM d x 1000Oppure

M = d x % p/p (d in g/L) % p/p = M x100 x PM100 x PM d

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EsempioQual è la molarità di una soluzione 10,5% p/p (d = 1,095 g/ml) di KOH?

PM (KOH) = 56,11 u.m.a

M = d x % x 1000 (d in g/ml)100 x PM

M = 10,5 x 1,095 x 1000= 2,05 mol100x56,11 L

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Esempio

Qual è la % p/p di una soluzione 9.00 M di HNO3 (d = 1,275 g/ml)?

PM (HNO3) = 63,01 u.m.a

% p/p = M x100 x PM100 0 x d

% p/p = 9 x 100 x 63,01= 44,8 1000 x 1,275

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PERCENTUALE IN VOLUME La concentrazione percentuale volume/volume (% v/v) diuna soluzione corrisponde ai millilitri (mL) di soluto sciolti in100 millilitri di soluzione.

% v/v = volume di soluto (ml) x 100

volume di soluzione (ml)

volume di soluto (ml) = volume di soluzione (ml) x % v/v

100

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EsempioQuale volume di glicole etilenico deve essere usato perpreparare 1000 mL di soluzione al 40% in volume (% v/v) diglicole etilenico?

In 100 mL di soluzione sono sciolti 40 mL di glicole etilenico.Pertanto:100 mL : 40 mL = 1000 mL : X

X = (1000 mL · 40 mL)/100 mL = 400 mL di glicole etilenico.

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PERCENTUALE IN MASSA/VOLUME La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v) diuna soluzione corrisponde ai grammi di soluto sciolti in 100millilitri (mL) di soluzione.

% m/v = massa soluto (g) x 100

volume di soluzione (ml)

Massa soluto (g) = volume di soluzione (ml) x % m/v

100

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La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v)moltiplicata per 10 fornisce i grammi di soluto presenti in1 litro di soluzione, (g/L)

g/L = 10 x % m/v

Inoltre, si ricorda che è facile passare da %m/m a %m/v conoscendo la densità d della soluzione:

% m/v = % m/m x d

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Esempio

Una soluzione contiene 8 grammi di soluto in 250 grammi di solvente e ha una densità relativa d = 1,08 g/ml. Calcolare la % m/v della soluzione.

massa della soluzione = 250 g + 8 g = 258 g

% m/m = grammi soluto / grammi soluzione = (8 g / 258 g) ·100 = 3,10 %

% m/v = % m/vm· d = 3,10 · 1,08 = 3,35 %

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MOLALITÀÈ il numero di moli di soluto per chilogrammo di solvente:

Molalità = m = moli di soluto

Kg di solventeLe unità sono mol/Kg ma generalmente sono indicate conm (molale).EsempioCalcola la molalità di una soluzione ottenuta sciogliendo0,20mol di NaCl in 2000g di acqua

0,20 mol = 0,10mol/Kg = 0,10m2,0 Kg

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FRAZIONE MOLARE

Per una soluzione di due componenti A e B le frazioni molari di A e di B sono definite:

X A = ______moli di A _______ = ___moli di A____moli totali della soluzione moli di A + moli di B

X B = ______moli di B_______ = ___moli di B____moli totali della soluzione moli di A + moli di B

X A + X B = 1

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EsempioCalcola la frazione molare di glucosio e di acqua peruna soluzione ottenuta sciogliendo 0,0315mol diglucosio in 25,2 g di acqua

x H2O x glucosio 1

Moli di H2O = 25,2 g = 1,40 mol18 g/mol

x glucosio = _____0,0315mol = 0,022

0,0315mol + 1,40 mol

x H2O = 1 -0.022 = 0,978

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DILUIZIONI

Diluire e il processo mediante il quale una soluzioneconcentrata viene resa meno concentrata.La diluizione comporta l'aggiunta di solvente aduna soluzione in modo da portare il valore della suaconcentrazione da un valore iniziale di Mi ad un valorefinale Mf inferiore di Mi.

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Per calcolare la quantità di solvente che deve essereaggiunta, si consideri che con la diluizione la quantitàdi soluto resta invariata perciò, il numero di moli disoluto prima (ni) e dopo (nf) la diluizione restainvariato:ni = nfRicordando che la molarità è pari a:M = n soluto / V soluzionee dunque:n soluto = M x V soluzionesi ha che:Mi x Vi = Mf x Vf Vf = (Mi x Vi )/ MfPer cui il liquido da aggiungere sarà V agg = Vf - Vi

EsempioCalcolare quanto si deve diluire una soluzione 0.25 M di BaCl2 affinché si abbia una concentrazione di 20 mg /ml di Ba2+?

BaCl2 Ba2+ + 2 Cl-

Ci sono 0.25 moli di BaCl2 e quindi 0.25 moli di Ba2+

in 1 litro di soluzione

Ci = massa Ba2+ (g) / Vsol (l)= n PM / Vsol (l)= 0.25 moli x 137.33 g / moli / 1 l = 34.3 g/l

Ci Vi = Cf Vf 20 mg / ml= 20 g /l

34.3 g/l Vi = 20 g/l Vf Vf/ Vi = 34.3 g/l/ 20 g/l= 1.715 (rapporto di diluizione)

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EsempioQuanti ml di una soluzione al 20% in peso di H2SO4 e didensità 1.14 g/ml devo prendere per ottenere 100 ml di unasoluzione 0.100 M?

M = n / Vsoluz(l)

n = M Vsoluz= 0.100 mol/l x 0.100 l = 0.010 moli

Massa H2SO4 =moli x PM H2SO4 = 0.010 moli x 98.00

g/mole = 0.9800 g

% p/p = Massa H2SO4 / Massa soluz x 100

Massa soluz = Massa H2SO4 / % p x 100 = 0.9800 g / 20

x 100 = 4.900 g

Densità m / V V = m / 4.900 g /1.14 g/ml =

4.298 ml