Stechiometria- Proprietà colligative delle soluzioni

Le proprietà colligative delle soluzioni, comprendono:

1. 1. Innalzamento ebullioscopico
   2. Abbassamento crioscopico
   3. Pressione osmotica
   4. Abbassamento della tensione di vapore

Le soluzioni diluite mostrano particolari proprietà che dipendono solo dal numero di particelle di soluto nella soluzione, indipendentemente dalla loro natura chimica.

Le proprietà colligative consentono, tra l’altro di determinare sperimentalmente il peso molecolare di una sostanza

Proprietà colligative

Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico

Un liquido bolle quando la sua tensione di vapore  uguaglia la pressione atmosferica. La differenza tra la temperatura di ebollizione della soluzione e quella del solvente puro viene detta innalzamento ebullioscopico. Tale valore dipende dal tipo di solvente ed è direttamente proporzionale al numero di particelle di soluto in soluzione, secondo la relazione :

∆T_b = k_b∙ m ∙ i

 k_b è la costante ebullioscopica caratteristica per ogni solvente i cui valori sono tabulati

m  è la molalità della soluzione

i è l’indice di van’t Hoff che indica il numero di ioni positivi e negativi liberati nella dissociazione di ogni particella di elettrolita

Esempio :

Per NaCl la cui dissociazione elettrolitica dà due ioni Na⁺ e Cl^– si ha che i = 2, mentre per MgCl₂ che dà lo ione Mg²⁺ e due ioni Cl^–  i =3

Pressione osmotica

La pressione osmotica è una delle proprietà colligative delle soluzioni. Alcune membrane naturali o artificiali vengono dette semipermeabili la cui scoperta è dovuta  al fisico francese Jean-Antoine Nollet in quanto si lasciano attraversare solo dalle molecole di alcune sostanze.

Supponiamo un tubo di vetro a forma di U contenente in un braccio del solvente puro e nell’altro una soluzione del medesimo solvente; i due liquidi siano separati per mezzo di una membrana semipermeabile che si lascia attraversare dalle molecole del solvente e non da quelle del soluto. I

n tale condizione un certo numero migrano verso la soluzione. Tale flusso è noto come osmosi  e , a causa di tale fenomeno , l’altezza della soluzione più concentrata aumenta . Tale fenomeno potrebbe essere impedito esercitando sulla soluzione più concentrata una pressione sufficiente per impedire il flusso di molecole di solvente .Tale pressione viene detta pressione osmotica (simbolo π)

Il calcolo della pressione osmotica viene fatto applicando l’equazione

π = M R T i

Essendo M  la molarità della soluzione , R la costante universale dei gas ( 0.08206 L atm mol^-1 K^-1 )

 T  è la temperatura in gradi Kelvin e i è  l’indice di van’t Hoff

Tensione di Vapore ( p˚)

Detta p_A^˚ la tensione di vapore di un solvente puro detta X_A la frazione molare del solvente si verifica che p_A = X_A   p_A^˚  essendo p_A  la tensione di vapore della soluzione.

Esercizi sulle proprietà colligative

•  Calcolare il punto di ebollizione di una soluzione ottenuta con 4.26 g di glucosio (C₆H₁₂O₆) P.M. = 180.16 g/mol in 87.9 g di H₂O sapendo che k_b   per l’acqua è 0.512.

moli glucosio = 4.26 / 180.16 = 0.0236

molalità =0.0236 / 0.0879 =0.268

∆t = 0.268 × 0.512=0.137

Poiché il punto di ebollizione dell’acqua è 100 °C, la temperatura di ebollizione della soluzione è

100 + 0.137 = 100.137 °C

• Si calcoli la temperatura di solidificazione di una soluzione contenente 5.84 g di NaCl in 500  g di acqua sapendo che k_f   per l’acqua è 1.86.

NaCl è un elettrolita per il quale i =  2

moli di NaCl = 5.84 /58.44 = 0.1

molalità = 0.1/ 0.5 = 0.2

∆t= 0.2 × 1.86 × 2 = 0.744

Poiché la temperatura della solidificazione dell’acqua è 0.0 °C  la temperatura di solidificazione della soluzione è 0.0 -0.744 = -0.744 °C.

• Calcolare la pressione osmotica esercitata da una soluzione contente 10.34 g di CaCl₂ P.M. = 110.9 in 800 mL di soluzione a 25 °C

T=25+273=298 K

moli CaCl₂= 10.34 / 110.9 = 0.0932

M=0.0932/0.800 =0.117

i =3

π =0.117 ·0.08206×298 ·3 = 8.58 atm