Preparazione e diluizione di una soluzione acquosa

Relazione di laboratorio: “Preparazione e diluizione di una soluzione acquosa”

Fase 1: Preparazione di una soluzione acquosa di data concentrazione e volume a partire da NaCl in polvere.

Materiali

NaCl in polvere
Acqua demineralizzata
Becher
Matraccio tarato 200ml
Bacchetta di vetro
Imbuto di vetro
Spatola
Pipetta
Bilancia digitale

Dati forniti

Reagente Concentrazione Volume A partire
NaCl 0,31 molale 200ml polvere

Procedimento

Procedimento standard

Calcolare, a partire dai dati forniti, la quantità di Cloruro di Sodio in polvere necessario a preparare 200ml di soluzione a concentrazione 0,31 molale.
Pesare in un becher la quantità di NaCl trovata.
Disciogliere il sale in acqua demineralizzata aiutandosi con la bacchetta di vetro, fino alla totale assenza di corpo di fondo.
Aiutandosi con la bacchetta e l’imbuto, travasare il contenuto del becher in un matraccio tarato 200ml. Risciacquare il becher evitando così che parte del soluto si disperda sulle pareti del contenitore.
Portare a volume aggiungendo ulteriore acqua demineralizzata. NB: Il ventre del menisco deve coincidere con la tacca della taratura.

Procedimento impiegato nel nostro caso specifico

Nel nostro caso, non è stato possibile eseguire il procedimento standard.
Infatti, in assenza del valore della densità della soluzione finale, non era possibile a partire dalla concentrazione molale, risalire alla quantità di moli di sale necessarie per 200ml di soluzione 0,31b.
Per questo motivo abbiamo effettuato i calcoli in riferimento a 200g di solvente (vedi dopo) piuttosto che a 200ml di soluzione e abbiamo proceduto nel seguente modo:
Calcolare la quantità di Cloruro di Sodio in polvere da miscelare con 200g di acqua demineralizzata per ottenere una soluzione a concentrazione 0,31 molale.
Pesare in un becher la quantità di NaCl trovata e in un altro becher 200g di acqua.
Disciogliere il sale nel becher contenente acqua demineralizzata aiutandosi con la bacchetta di vetro, fino alla totale assenza di corpo di fondo.
Aiutandosi con la bacchetta e l’imbuto, travasare il contenuto del becher in un matraccio tarato 200ml.
Aspirare il volume di soluzione in eccesso con una pipetta.

Calcoli

[NaCl] 0,31b => concentrazione molale da ottenere
La molalità corrisponde al rapporto tra il numero di moli del soluto e la massa del solvente in Kg, pertanto parlare di una concentrazione 0,31 molale corrisponde a dire troviamo 0,31 moli di NaCl disciolte in un kilogrammo d’acqua.
Essendo la densità dell’acqua demineralizzata pari a d_(H_2 O)=1g/〖cm〗^3, 1Kg di acqua corrisponde a un litro, e pertanto abbiamo 0,31 moli di NaCl disciolte in un litro d’acqua.
Inoltre supponendo indicativamente di impiegare 200ml di acqua come volume di solvente e non come volume di soluzione finale, avremo a disposizione 0,2 Kg di acqua.
Da qui, mettendo in relazione il numero di moli dei soluti con i Kg di solventi delle due soluzioni di riferimento, ricaviamo il numero di moli da disciogliere in 0,2Kg di acqua per ottenere una concentrazione 0,31 molale.
0,31mol NaCl : 1Kg H_2 O = xmol NaCl : 0,2Kg H_2 O
x = 0,062mol NaCl
Moltiplicando ora il numero di moli da impiegare per la massa molecolare dell’NaCl, risaliamo alla massa di sale in grammi da mandare in soluzione nei 200g di solvente.
Mm NaCl = 58,45g/mol
Mm NaCl * n° mol NaCl = 58,45 * 0,062 = 3,62g

Osservazioni

La concentrazione, che sia molare o molare, indica la misura quantitativa, espressa in numero di moli, del soluto disciolto nella soluzione, in riferimento rispettivamente al volume di soluzione (conc. Molare) e alla massa di solvente (conc. molale). Pertanto, a parità di concentrazione, come abbiamo potuto osservare è indifferente considerare, date soluzioni di diversi volumi, l’una o l’altra.

Tabella riassuntiva riferita a 200ml di [NaCl]aq 0,4b

Molalità Molarità Fraz.molare %m/m %m/V
0,31b x 0,408 1,81 % x

Molarità: rapporto tra n° di moli di soluto e volume di soluzione *
Frazione molare: rapporto tra n° moli di soluto e n° moli totali **
moli NaCl = 0,062mol moli H_2 O = 18g/mol / 200 = 0,09mol
χ = moli NaCl / moli totali = 0,062 / (0,062 + 0,09) = 0,408
Percentuale massa/massa: grammi di soluto in 100g di soluzione
3,62g NaCl : 200g H_2 O = x g NaCl : 100g H_2 O
x = 1,81g NaCl
%m/m = 1,81g / 100g = 1,81%
Percentuale massa/volume: grammi di soluto in 100ml di soluzione *
*non calcolabili senza conoscere la densità della soluzione **riferita a 3,62g si Cloruro in 200g d’acqua

Fase 2: Diluizione di una soluzione acquosa di data concentrazione.

Materiali

Acqua distillata
Soluzione madre [CH_3COONa ]aq 1M
Becher
Cilindro graduato
Bacchetta di vetro
Imbuto di vetro
Pipetta
Bilancia digitale

Soluzione Concentrazione Volume da ottenere Concentrazione finale
di partenza soluzione madre

CH_3COONa 1 M 150ml 0,4 molale

Procedimento

Procedimento standard, non eseguito

Calcolare il volume di soluzione madre S1 da impiegare nella preparazione della soluzione diluita S2 secondo la formula M1*V1=M2*V2.
Prelevare il volume di soluzione madre richiesto.
Portare a volume con acqua demineralizzata.
Procedimento in linea teorica

La conversione da concentrazione molare a concentrazione molale non è effettuabile a meno che non si conosca la densità della soluzione presa in analisi, in quanto come abbiamo visto prima le rispettive grandezze che le descrivono sono tra loro incommensurabili.
Ecco a seguire il procedimento teorico che avremmo eseguito sperimentalmente.
Parlare di una soluzione 0,4 molale equivale a dire che troviamo 0,4 moli di CH_3COONa disciolte in un kilogrammo d’acqua.
Ricaviamo innanzitutto una soluzione 0,4 molale utilizzando 250g di solvente (diventerebbe ingombrante fisicamente lavorare con un Kg d’acqua). Per farlo, troviamo la massa di Acetato di Sodio triidrato da disciogliere in acqua.
0,4 moli CH_3COONa * 〖3H〗_2 O : 1kg H_2 O = x moli CH_3COONa * 〖3H〗_2 O : 0,25kg H_2 O
X= 0,1 moli CH_3COONa * 〖3H〗_2 O
mm CH_3COONa * 〖3H〗_2 O = 136g/mol
m CH_3COONa * 〖3H〗_2 O = 13,6 g
A questo punto pesiamo la massa di acetato trovata, 250g di acqua demineralizzata, tariamo il cilindro graduato nel quale andiamo a contenere la soluzione (secondo il procedimento spiegato nella FASE 1) e annotiamo il volume della soluzione preparata.
Dividendo la massa totale della soluzione per il suo volume, ricaviamo la densità.
d g/ml = (m soluto 13,6g + m solvente 250g) / volume soluzione ml
Dividendo il rapporto tra il numero di moli di una soluzione 0,4b e la massa complessiva della soluzione, troviamo la molarità corrispondente.
A questo punto è possibile ricavare il volume di soluzione madre da utilizzare nella nostra diluizione, sempre secondo la formula M1 * V1 = M2 * V2 e proseguire sperimentalmente.
1M * V1 = M2 (trovata) * 150ml