Concetti Chiave
- Le soluzioni sono composte da un soluto disciolto in un solvente, con entrambi che possono essere in stato solido, liquido o gassoso.
- Le soluzioni possono essere concentrate (grande quantità di soluto) o diluite (grande quantità di solvente), con una distinzione qualitativa tra le due.
- La concentrazione percentuale esprime i grammi di soluto in cento grammi di soluzione, calcolata tramite la formula specifica.
- La molarità misura le moli di soluto per litro di soluzione, utilizzando il numero di Avogadro per determinare le moli.
- La frazione molare rappresenta il rapporto tra le moli di un componente e le moli totali nella soluzione, utile per sistemi a più componenti.
In questo appunto vengono trattati i diversi modi per esprimere la concentrazione di una soluzione; si parte con una descrizione qualitativa della concentrazione, delle soluzioni concentrate e diluite e si conclude con la definizione di alcuni modi di esprimere la concentrazione: modalità percentuale, molarità, molalità e frazione molare.
Indice
Aspetti qualitativi della soluzione
Le sostanze in generale possono essere pure (composte da un unico componente) o possono trovarsi sottoforma di soluzioni (composte da più componenti).
Le soluzioni sono composte da una sostanza presente in minore quantità chiamata soluto che è disciolto in una sostanza presente in maggiore quantità che viene chiamato solvente.
Il soluto e il solvente possono essere allo stato solido, liquido o gassoso.
Per ulteriori approfondimenti sulle caratteristiche e sui diversi tipi di soluzione vedi anche qua
Soluzioni concentrate e diluite
Le soluzioni possono essere concentrate o diluite.
Una soluzione diluita è una soluzione in cui il solvente è presente in grande quantità rispetto al soluto quindi in altre parole si può dire che il solvente è presente in piccola quantità.
Una soluzione concentrata, al contrario, è una soluzione in cui il soluto è presente in grande quantità.
Dalle definizioni di soluzione concentrata e diluita si può notare come non ci sia un valore quantitativo che distingua i due casi, la distinzione è molto qualitativa.
Per quantificare quanto soluto è presente nella soluzione rispetto alla quantità di solvente si utilizza una grandezza chiamata concentrazione.
Esistono diversi modi per esprimere la concentrazione di una soluzione a seconda delle grandezze che si utilizza, un tratto comune però è che la concentrazione viene sempre espressa come rapporto tra una grandezza relativa al soluto rispetto ad una grandezza relativa al solvente o alla soluzione.
La concentrazione: modalità percentuale
La prima modalità percentuale è la seguente:
In generale la massa del soluto viene espressa con la lettera minuscola m, mentre la massa della soluzione viene espressa con la lettera maiuscola M; la massa della soluzione comprende sia la massa del soluto che la massa del solvente.
Questa modalità rappresenta i grammi di soluto su cento grammi di soluzione.
Tramite questa formula possiamo calcolare la concentrazione, ma talvolta è necessario calcolare i grammi di soluto:
Per comprendere a pieno questo concetto è riportato in seguito un esercizio svolto.
In 500 g di soluzione al 12% di cloruro di sodio quanti grammi di sostanza ci sono?
NaCl
12% = titolo
500 g = quantità grammi
di soluto
Nel caso di soluzione in cui una sostanza solida viene disciolta in un liquido è conveniente utilizzare questa seconda modalità percentuale:
Dove m è la massa del soluto mentre V è il volume di solvente; in genere la massa viene espressa in grammi mentre il volume viene espresso in litri quindi la concentrazione sarà espressa in g/L.
La concentrazione: molarità
In alcuni casi è utile esprimere la concentrazione utilizzando le moli di soluto.
Ricordiamo che le moli sono un modo per esprimere la quantità di una certa sostanza; una mole è composta da un numero di Avogadro di molecole.
Ricordiamo che il numero di Avogadro è ha un valore costante pari a
.
Per trovare il numero di molecole o atomi in una certa quantità di sostanza si può utilizzare il numero di Avogadro, noto il numero di moli (in genere indicato con la lettera n) è possibile trovare il numero di molecole presenti che è pari a:
Il numero di moli si può trovare conoscendo la massa di una certa sostanza e la massa molare (MM) utilizzando la seguente formula:
La molarità rappresenta le moli di soluto in un litro di soluzione, perciò può essere espressa attraverso la seguente formula:
L’unità di misura della molarità è mol / L
Nel caso in cui si conosce la molarità e si vuole trovare il numero di moli o il volume della soluzione, è possibile utilizzare le seguenti formule inverse:
Per ulteriori approfondimenti sulla massa atomica e la massa molecolare vedi anche qua
La concentrazione: molalità
Un secondo modo per esprimere la concentrazione utilizzando il numero di moli è attraverso la molalità indicata con la lettera minuscola m.
La molalità rappresenta le mol di soluto presenti in un kg di solvente e può essere espressa attraverso la seguente formula:
L’unità di misura della molarità è mol / kg.
Nel caso in cui si conosce la molalità e si vuole trovare il numero di moli o la massa della soluzione, è possibile utilizzare la seguente formula inversa:
La concentrazione: frazione molare
Una terza modalità per esprimere la concentrazione è quella di utilizzare la frazione molare; questa modalità si usa per i sistemi a più componenti (due o più componenti).
La frazione molare si applica a ciascun componente della soluzione.
La frazione molare di ciascun componente di una soluzione esprime il rapporto fra le moli di quel componente e le moli totali (le moli totali si ricavano facendo la somma delle moli di ciascun componente).
La frazione molare (in genere indicata con la lettera maiuscola X) può essere trovata utilizzando la seguente formula:
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza tra soluzioni concentrate e diluite?
- Come si calcola la concentrazione percentuale di una soluzione?
- Cosa rappresenta la molarità e come si calcola?
- In cosa consiste la molalità e qual è la sua formula?
- Come si determina la frazione molare di un componente in una soluzione?
Le soluzioni concentrate contengono una grande quantità di soluto rispetto al solvente, mentre le soluzioni diluite hanno una piccola quantità di soluto rispetto al solvente. La distinzione è qualitativa e non quantitativa.
La concentrazione percentuale si calcola come il rapporto tra la massa del soluto e la massa totale della soluzione, moltiplicato per 100. È espressa in grammi di soluto per cento grammi di soluzione.
La molarità rappresenta le moli di soluto in un litro di soluzione. Si calcola dividendo il numero di moli di soluto per il volume della soluzione in litri.
La molalità indica le moli di soluto presenti in un chilogrammo di solvente. Si calcola dividendo il numero di moli di soluto per la massa del solvente in chilogrammi.
La frazione molare di un componente si determina dividendo le moli di quel componente per le moli totali di tutti i componenti della soluzione.
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