Le soluzioni
Miscele omogenee di una o più sostanze: il soluto e il solvente.
Tipologie di soluzioni
- Soluzioni reali - I soluti hanno interazioni intermolecolari.
- Soluzioni ideali - I soluti hanno interazioni solo con il solvente.
- Soluzione satura - Situazione di equilibrio dinamico in cui soluto, sciolto e indissolto continuano a scambiare al limite della capacità di un soluto di sciogliersi in una data massa di solvente.
Solubilità
La solubilità di una sostanza è la concentrazione di una soluzione satura, dipende da:
- Solvente
- Temperatura
- Pressione (per gas)
I composti ionici tendono a sciogliersi nei solventi polari. I composti non ionici tendono a sciogliersi in solventi non polari.
X+Y- + H2O ⇌ X+ + Y-
Dissoluzione dovuta alla forte interazione degli ioni con le molecole di H2O. La dissoluzione di composti poco polari è regolata dall'entropia.
Entalpia di dissoluzione
Entalpia di dissoluzione = somma dell'entalpia reticolare e dell'entalpia di idratazione.
ΔHs = ΔHR + ΔHH
- Na+ + Cl- (s) → NaCl(s) ΔHR < 0
- Na+ + Cl- + H2O → Na+(aq) + Cl-(aq) ΔHH ≪ 0
ΔHs può essere positivo o negativo (sono comunque numeri piccoli). ΔHs < 0 significa processo esotermico mentre ΔHs > 0 significa processo endotermico. ΔS (entropia) è sempre positiva.
Concentrazione molare
Concentrazione molare (M) = molarità [X] = mol X/V soluzione = mol/L
Unità di concentrazione
- Molalità (m) = mol soluto / kg solvente
- Concentrazione in peso = massa soluto / V soluzione
- Frazione molare X = mol1 / (mol1 + mol2 + mol3 + … + moln), Non ha unità di misura
- Percentuale
- w/w = grammi soluto / 100 g soluzione
- v/v = ml soluto / 100 ml soluzione
Esercizi
- 1 mg di proteina PM = 50 kDa sciolta in 1.5 ml di soluzione tampone
- Concentrazione peso/volume
- Concentrazione molare
- Concentrazione molare se 1 ml di soluzione finale viene portato a 25 ml
a. Concentrazione in peso = 1 mg / 1.5 ml = 0.067 mg/ml = 0.067 g/L
M = 0.067 g/L / 50000 g/mol = 1.3 x 10-6 mol/L = 1.3 μM
c. Mol prelevate = 1.3 μM. 1 ml = 1.3 x 10-6 mol/L x 10-3 L = 1.3 x 10-9 mol
M = 1.3 x 10-9 mol / 0.025 L = 5.3 x 10-8 mol/L
L'emoglobina è formata da 4 subunità
PMsub = 15 kDa, PM Hb = 60 kDa, M = 3 x 10-7 mol/L
- Concentrazione molare subunità
- Concentrazione in peso di Hb
- Concentrazione in peso subunità
a. [Msub = 4.3 x 10-5] M = 1.2 µM
b. Peso/V Hb = [Hb] PMHb = 3 x 10-7 mol/L x 60000 mol = 1.8 x 10-2 g/L
c. Peso/Vsub = [Sub.] PMsub = 1.2 x 10-6 mol/L x 15000 mol = 1.8 x 10-2 g/L
35 g di NaCl in 100 ml di soluzione (35% p/V)
MNaCl? MNaCl = mol/V = 35 g/58.5 mol g/L= 6 mol/9.1 L
30 g CH3OH + 70 ml H2O d = 0.98 g/L dH2O = 1 g/ml % p/V CH3OH?
Massa totale = 30 + 70 = 100 g V = 100 g/0.98 g/L = 1.02 L = 102 ml
% p/V = 30 g/102 ml x 100 = 29.4 g/100 ml
Butanolo C4H10O % m/V = 1.02
M C4H10O = ? M = peso x 10 x 10.2 mol/L 100 ml PM = 76 = 0.13
HNO3 % p/p = 46%
PMHNO3 = 63 g/mol d = 1.3 g/ml Per ipotesi 100 g di soluzione
M = ? 46 g/mol = = 0.73 mol 63 g/mol 100 g
V = = 76.9 ml 1.3 g/ml M = 0.73 mol = 9.49 mol/L 0.0769 L
CH3COOH soluzione 1 M PM = 60 g/mol d = 1.1 g/ml % p/p = ?
Per ipotesi 100 g di soluzione V = 100 g = 0.0909 L 1.1 g/ml molCH3COOH = 0.0909 L x 1 mol/L = 0.0909 mol
gCH3COOH = 0.0909 mol x 60 g/mol = 5.145 g
% p/p = 5.145 g = 5.145% 100 g
200 g di H2O + 70 g solfato di alluminio idrato Al2(SO4)3·2H2O + 20 g glucosio + 5 g H2SO4
Al2(SO4)3·2H2O → 2Al3+ + 3SO42- + 2H2O
H2SO4 → 2H+ + SO42-
Specie: H2O, Al3+, SO42-, C6H12O6, H+
mol H2O = 200 g / 18 g/mol = 11.1 mol
mol Al2(SO4)3·2H2O = 70 g / 378 g/mol = 0.19 mol
mol C6H12O6 = 20 g / 180 g/mol = 0.11 mol
mol H2SO4 = 5 g / 98 g/mol = 0.051 mol
XH2O = 11.1 mol + (0.19·2) mol / (11.1 + (0.19·2) + (0.19·2) + (0.19·3) + 0.051 + 0.11 + (0.051·2)) mol
mol H2O mol Al3+ mol SO42- mol C6H12O6 mol H+
Legge di Henry
La solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla sua pressione parziale.
S = kH P
kH è la costante di Henry, dipende da:
- Gas
- Solvente
- Temperatura
Esempio: Cl2 gassoso sciolto in cloroformio mmolare, kHCl2 = 0.15 atm (inventato), PCl2 = 25 torr
SCl2 = 0.15 atm 25 torr 760 torr &