PJ VRO - UniFI · 6roxelolwj lq ydul vroyhqwl + 2& + 2+ & + /l&o 1+ &o [ 0ro nj gl vroyhqwh 3hufkp...
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solubilità
La massima quantità di soluto che si può sciogliere in una quantità definita si solvente
La solubilità di ogni composto è costante a Temperatura costante
3
( )
( )
m gsol
V dm
Le soluzioni
• Frazione molare (mol/mol)
• Molarità (mol/V)
• Molalità (mol/g)
• % in peso (g/g)
• Quantità disciolta (g/V)
Altre Misure relative a soluzioni
Misure di concentrazione
• densità (g/V)
• solubilità (g/V)
Solubilità in vari solventi
H2O C2H5OH C6H6
LiCl 15,02 0,59 -
NH4Cl 6,90 5,5x10-2 -
I2 1,1x10-3 1,05 0,64
C10H82,3x10-4 0,63 10,01
Mol kg-1 di solvente
Perché lavo a secco?Come si smacchia il pomodoro?
ConcettiLegame covalente
Polarità di legame
VSEPR
Formule di struttura
Legame ionico
Legame di coordinazione
Legame metallico
Legame a idrogeno
Tipi di legame e ordine di legame
Metalli e non metalli•Si definiscono metalli quegli elementi che hanno un numero di elettroni esterni inferiori ed in qualche caso uguale,a quello degli orbitali esterni s e p, e che hanno una energia di ionizzazione relativamente bassa.
•Il passaggio dai metalli ai non metalli avviene con gradualita' lungo ciascun gruppo e periodo e quindi non e' possibile stabilire una distinzione netta fra essi. Tuttavia i metalli hanno delle proprieta' comuni anche se possedute in grado diverso. Quelle principali sono: conducibilita' termica ed elettrica, strutture cristalline compatte, malleabilita' e duttilita'. I metalli hanno energia di ionizzazione relativamente bassa.
Un metallo non puo’ utilizzare legami a coppia di elettroni
•Si definiscono metalli quegli elementi che hanno un numero di elettroni esterni inferiori ed in qualche caso uguale,a quello degli orbitali esterni s e p, e che hanno una energia di ionizzazione relativamente bassa.
Es: Na conf elettr [Ne]3s1
Raffigurazione schematica del legame nei metalli: reticolo di cationi immersi in un “mare” di
elettroni mobili
+ + + + + + ++ + + + + + +
+ + + + + + ++ + + + + + +
Elettroni mobili
I legami sono delocalizzati nell’intero cristallo e gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare atomo ma possono muoversi liberamente da un atomo all’altro
I legami che abbiamo visto
Legame covalente omopolare
Legame covalente polare
Legame ionico
Legame di coordinazione
Legame metallico
Legame a idrogeno
Il legame a idrogeno rientra tra le interazioni intermolecolari e sarà discusso nel capitolo successivo
NON VUOL DIRE CHE ABBIA MINORE IMPORTANZA!!!
Le forze intermolecolari
Interazioni di Van der WaalsInterazioni deboli Forze di London
Legame a idrogeno
Dipolo elettrico
m=Qd
m=0
m>0
m> > 0
Dipolo elettrico
m=Qd
Ogni volta che ho un legame covalente tra
due atomi con elettronegatività
diversa, Ottengo un dipolo
elettrico. Si tratta di un dipolo
permanente
Dipolo istantaneo
Dipolo indotto
2
6
3
4pot
hE
r
hdipende dalla energia di ionizzazione
polarizzabilità
rseparazione di carica
75 J -1 vs 400000 Jmol-1m=aE
Polarizzabilità
2
6
3
4pot
hE
r
Misura la facilità con la quale la nube elettronica puo’ venire distorta, per esempio dalla presenza di un campo elettrico o di un altro dipolo
Dipende dalla forza con cui gli elettroni esterni sono vincolati al nucleo. Maggiore l’energia di ionizzazione, minore la polarizzabilità
Interazioni di VdW e proprietà fisicheLa temperatura di ebollizione è un indice della forze intermolecolari. Tanto esse sono maggiori tanto piu’ il composto tende ad avere alta Teb
Dipende dallaPolarizzabilità!
Interazioni di VdW e proprietà fisicheEsse aumentano anche all’aumentare della complessità della molecola
Forze di London
Dipolo istantaneo- Dipolo indotto
Geometria molecolare e polarità delle molecole
IMPORTANTE!!
Le molecole polari e l’interazione per orientazione
Le molecole polari si attraggono reciprocamente per effetto dei loro dipoli in modo da rendere massima l’interazione dipolo-dipolo, detta anche interazione per orientazione
Uattr -m/d6
Deboli interazioni a corto raggio dovute alla presenza di dipoli elettrici istantanei rendono conto delle attrazioni fra molecole
Interazione per orientazione
Interazione per induzione
• Il dipolo permanente di una molecola induce su un’altra molecola, polare o non polare, un dipolo, chiamato indotto.
• Esiste una attrazione fra dipolo permanente e dipolo indotto.
Forze di Debye
Forze di interazione di van der Waals
• Le interazioni fra dipoli reciprocamente indotti, quelle per orientazione e quelle per induzione sono raggruppate sotto il termine generico di forze di interazione di van der Waals
Contributo % delle varie forze di van der Waals al legame intermolecolare
m(x10-30
Cm)
(x10-30
m3)
Orient.(dip-dip)
Keesom
%
Dispers.(ist-ind)
London
%
Induz.(dip-ind)
Debye
%
CO 0.40 1.99 99.9
HCl 3.50 2.63 15 81 4
HBr 2.67 3.61 3 94 3
HI 1.40 5.44 99.5 0.5
NH3 4.87 2.26 45 50 5
H2O 6.17 1.59 77 19 4
Teb
-85 °C
-67 °C
-35 °C
+19 °C -188 °C
+184 °
+158 °
+34 °C
CONCETTI
Dipolo permanente
Dipolo istantaneo
Dipolo indotto
Polarizzabilità
FORZE INTERMOLECOLARI
Interazione per induzione
Interazione per orientazione
Interazioni di VdW e proprietà fisiche
Interazioni di VdW e tabella periodica
Stati di aggregazione della materia
Le soluzioni
Aspetti pratici
Misure di concentrazione:Frazione molareMolaritàMolalitàPercentuale in pesoDensitàSolubilità Solubilità dei SaliSolubilità in vari solventi
Aspetti Termodinamici
Solubilizzazione e solvatazioneSoluzioni ideali. Legge di RaoultSolubilità e legame a idrogenoSolubilità dei gasSoluzione saturaEffetto della temperatura Proprietà colligativeAbbassamento crioscopicoInnalzamento ebullioscopicoPressione Osmotica
Sistemi dispersi Equilibri sol-gel
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità di alcuni sali
F- Cl- I- SO42- CO3
2-
Li+ 0,10 15,02 12,32 2,37 0,20
Na+ 1,00 6,41 12,27 0,33 0,66
K+ 15,88 4,65 7,68 0,70 8,1
Mg2+ 1,2x10-3 5,96 5,32 2,16 1,2x10-3
Ca2+ 2,9x10-4 6,71 7,11 1,5x10-2 1,3x10-4
Sr2+ 7,0x10-3 3,39 4,84 6,0x10-4 0,66
Ba2+ 6,8x10-3 1,80 4,34 9,0x10-6 1,0x10-4
Mol kg-1 di solvente
Solubilità in vari solventi
H2O C2H5OH C6H6
LiCl 15,02 0,59 -
NH4Cl 6,90 5,5x10-2 -
I2 1,1x10-3 1,05 0,64
C10H82,3x10-4 0,63 10,01
Mol kg-1 di solvente
Perché lavo a secco?Come si smacchia il pomodoro?
Solubilità in vari solventi
H2O C2H5OH C6H6
LiCl 15,02 0,59 -
NH4Cl 6,90 5,5x10-2 -
I2 1,1x10-3 1,05 0,64
C10H82,3x10-4 0,63 10,01
Mol kg-1 di solvente
Gli effetti di solvatazione dipendono dalla polarità del solvente.Se il solvente non è polare l’effetto di solvatazione è trascurabile, di consequenza i composti ionici non sono solubile
Solubilità in vari solventi
H2O C2H5OH C6H6
LiCl 15,02 0,59 -
NH4Cl 6,90 5,5x10-2 -
I2 1,1x10-3 1,05 0,64
C10H82,3x10-4 0,63 10,01
Mol kg-1 di solvente
Le interazioni intermolecolari sono dovute a forze di Van der Waals (polarizzabilità). Se il solvente ha caratteristiche simili a quelle del soluto, allora le interazioni soluto-solvente sono dello stesso ordine di quelle soluto-soluto, e quindi il solido è solubile
Solubilità e legame ad idrogeno
EsercizioAgitare una soluzione é una cosa intelligente?
Perché giro lo zucchero nel caffé?
Se sciolgo del sale in h2o, dopo quanto tempo si forma un precipitato?
Solubilità dei gasIl disordine del gas è minore quando il gas è disciolto in un liquido.Quindi il contributo entropico alla solubilizzazione del gas è NEGATIVO
La solubilità di un gas è MAGGIORE a Temperatura MINORE
La solubilità di un gas è MAGGIORE all’aumentare della polarizzabilità. Tanto piu’ un gas è “ideale” tanto meno è solubile
Domanda: piu’ solubile He o Rn? CO2 o O2 ? NH3!
Se aumento la temperatura, il sistema si sposta verso la situazione dove il sistema assorbe calore
Soluzione satura
Solubilizzazione endoentalpica
KCl K+ +Cl- -Qp
Se aumento la temperatura, il sistema si sposta verso la situazione dove il sistema assorbe calore
Il Principio di La Chatelier-Braun
Un sistema all’equilibrio reagisce ad un cambiamento in modo tale da opporvisi, o comunque da minimizzare gli effetti di quel cambiamento
Consequenze sulla solubilità?
Soluzione saturaSi definisce soluzione satura una soluzione in cui il soluto disciolto in un solvente è in equilibrio con il
soluto puro.Si dice anche che si è in presenza di
Corpo di fondo
Aumentando la temperatura, che succede?
EsercizioAgitare una soluzione é una cosa intelligente?
Perché giro lo zucchero nel caffé?
Se sciolgo del sale in h2o, dopo quanto tempo si forma un precipitato?
Le Proprietà colligative
Si definiscono con questo termine tutte le proprietà che dipendono dal numero relativo di
particelle del soluto rispetto al numero di particelle del solvente ma NON dalla loro
natura chimica
La tensione di vapore
P=x1P1 + x2P2
Caso di 2 liquidi completamente miscibili
Legge di Raoult
P=x1P1 + x2P2
Soluto solido in solvente liquido
2 1
1 2
2 1 2
2 0 1 2
21
1
(1 )
x x
P x P
P P x P
P P x P
P Px
P
L’abbassamento della tensione di vapore di una soluzione dipende dalla
frazione molare del soluto
Legge di Raoult
0
2
Innalzamento ebullioscopico Abbassamento crioscopico
Le costanti Keb e Kcr sono caratteristiche di ogni dato solvente e non variano al variare del soluto fino a che la soluzione si
comporta come una soluzione ideale
eb eb m
cr cr m
T K C
T K C
H2O Keb =0,52 Kcr =1,86
La pressione osmotica
La pressione da applicare sulla superficie della soluzione stessa, quando questa è in contatto con il solvente puro attraverso una membrana
semipermeabile, affinché NON si abbia il passaggio netto di molecole dal solvente puro alla soluzione
MC RT
Cose pratiche…
Soluzione isotonica rispetto alla cellula
Soluzione ipertonica Soluzione ipotonica
Osmosi nei globuli rossi
Domande
Cosa è la nebbia? E Che cosa è il fumo?
Sistemi dispersiSono una via intermedia tra una soluzione ed un sistema eterogeneo
Una soluzione è un sistema dove le proprietà chimiche e fisiche sono costanti per ogni volume piccolo a piacere
Se agito una sostanza insolubile in un solvente ottengo un sistema eterogeneo.
Il passaggio tra sistema eterogeneo e soluzione puo’ essere visto come un fenomeno continuo. Le particelle in sospensione sono sempre piu’ piccole fino a che non si ottiene un sistema che “sembra” omogeneo (perché le particelle in sospensione sono troppo piccole per essere visibili), ma che in realtà non lo è.Quando le particelle sospese hanno dimensioni dell’ordine di 1-100 nm e sono costituite da 103 –109 atomi ciascuno si definisce un sistema disperso
Sol-gelLa dispersione di un solido in un liquido si deifnisce un SOL
Le particelle di solido sono dette anche micelle.Talvolta le micelle possono interagire. Per effetto di piccole permutazioni del sistema, le micelle disperse dentro un sol possono dare vita ad una struttura rigida dove il solvente rimane intrappolato
Si ha cosi’ un GEL, che puo’ essere visto come un sol solidificato, ovvero la dispersione di un liquido dentro un solido
Emulsioni
Dispersione acqua-olio
4 variabili:Pressione VolumeTemperature moli
Gas perfetto Un gas ideale è costituito da particelle tutte uguali fra loro ed aventi la stessa massa
Le particelle si muovono continuamente con un moto rettilineo uniforme in tutte le direzioni possibili e con tutte le velocità possibili
Il volume delle particelle è trascurabile rispetto al volume a disposizione
Non esistono interazioni di tipo repulsivo ne attrattivo tra le particelleGli urti fra le particelle sono di tipo elasticoGli urti delle particelle con le pareti del recipiente sono di tipo elastico: da essi dipende la Pressione
Gas ideale
Leggi dei gasEquazione di stato dei gas perfetti
PV=nRT
Note 3 variabili, io sono sempre in grado di trovare la 4°
R è una costante di proporzionalità che dipende dalle unità di misura scelte per definire pressione e
volume
Esercizi. Pressione osmotica
Scala della Temperatura
Volume molare
V=1*0,082*273,16/1= 224,1 dm3
PV=nRT V=nRT/P
Volume molare= volume occupato da una mole di una sostanza alla temperatura di 0°C e di 1 Atm
A parità di temperatura, pressione e quantità di sostanza, ogni composto allo stato gassoso
occupa lo stesso volume
Miscele di gas.Pressione parziale
N2, O2, CO2, H2O
tot ii
P P
P= PN2+ PO2 + PCO2 + PH2O
Equazione di stato in miscele di gas
totP V nRT
totPV n RT
tot ii
P P
tot ii
n n
i iPV n RT
i i totP x P
I gas reali I composti in fase gassosa NON sono gas ideali. Esistono sempre tra le molecole delle forze intermolecolari
Aumentando la TDiminuendo la PressioneAumentando il volume
Il modello cinetico ci fa capire quando un gas puo’ avvicinarsi alle condizioni di idealità
Diminuendo la T,oppure aumentando la Pressione, il sistema si allontana dalla idealità, fino a che il composto non cambia di stato ed il gas diventa un liquido