Chimica generale - appunti

Peso Molecolare Medio

Il peso molecolare medio <PM> è dato dalla somma dei pesi molecolari dei singoli componenti del miscuglio, ciascuno moltiplicato per la propria frazione molare. Per questo la densità di un miscuglio può essere calcolata come d=P<PM>/RT. E da qui il <PM> può calcolarsi anche <PM>=dRT/P.

Gas Reali

Il modo più facile per calcolare se un gas si comporta idealmente è quello di calcolare il fattore di compressibilità pV/RT. Per una mole di gas ideale si ricava dall'equazione di stato che tale fattore deve essere sempre uguale a 1. Per una mole di gas reale, tale fattore è generalmente diverso da 1. Riportando i dati su un grafico, con il fattore in ordinata e la pressione in ascissa, si vede che il comportamento dei gas ideali è costante, e rappresentato da una retta parallela all'asse x con ordinata pari a 1. Mentre per i gas reali, a pressioni basse abbiamo un comportamento ideale.

ma con l'aumento della pressione essi seguono un proprio andamento diverso da gas a gas. Esistono tuttavia molte equazioni matematiche che cercano di spiegare il comportamento reale.

Equazione di Van der Waals

Una di queste è rappresentata dall'equazione di Van der Waals che si ottiene apportando alcune modifiche all'equazione di stato. Infatti, per i gas reali bisogna effettuare una correzione sulla pressione e sul volume che dipendono dalle particelle e dalla natura delle interazioni tra esse. Bisogna quindi considerare il volume occupato dalle singole particelle o covolume b, che è circa 4 volte quello ideale, e per la pressione bisogna considerare anche le forze attrattive tra le particelle, ottenendo una minore pressione rispetto a un gas ideale. Ciò va considerato con un termine a caratteristico di ogni gas. Tenendo conto di queste correzioni si ottiene l'equazione di Van der Waals: (V - nb)*(P + an/V) = nRT, dipendente dai parametri a e b specifici per ogni gas.

Diagrammi di Andrews

Da quanto detto, il comportamento di un gas si avvicina a quello ideale solo ad alte temperature e a basse pressioni. Nel caso in cui invece si trovino a basse temperature e alte pressioni, le forze intermolecolari non sono trascurabili, e si ha il possibile cambiamento di stato detto liquefazione, dovuta all'aumentata intensità delle interazioni attrattive. Esiste una temperatura detta temperatura critica, diversa da gas a gas, al di sopra del quale un gas non può essere liquefatto, qualsiasi sia la sua pressione. Il grafico in cui vengono riportate queste curve è detto isoterma o diagramma di Andrews. Le sostanze si chiamano gas solo quando sono al di sopra della temperatura critica, e si chiamano vapori al di sotto. I gas non si possono liquefare, mentre i vapori si e la temperatura critica fa da spartiacque tra i due. L'isoterma alla temperatura critica si chiama isoterma critica, e presenta l'andamento tipico di un gas ideale.

solvente si mescolano, si formano le soluzioni. Le soluzioni possono essere solide, liquide o gassose, a seconda dello stato di aggregazione dei loro componenti. Le soluzioni presentano diverse proprietà, tra cui la trasparenza, la conducibilità elettrica, la pressione osmotica e il punto di ebollizione. La trasparenza è la capacità della soluzione di lasciar passare la luce senza alterarne la direzione. La conducibilità elettrica è la capacità della soluzione di condurre corrente elettrica. La pressione osmotica è la pressione necessaria per impedire il passaggio di solvente attraverso una membrana semipermeabile. Il punto di ebollizione è la temperatura a cui la soluzione passa allo stato di vapore. Le soluzioni possono essere diluite o concentrate, a seconda della quantità di soluto presente rispetto al solvente. Una soluzione diluita contiene una piccola quantità di soluto rispetto al solvente, mentre una soluzione concentrata contiene una grande quantità di soluto rispetto al solvente. Le soluzioni possono essere anche saturate o sovrassature, a seconda della quantità di soluto che possono dissolvere a una determinata temperatura. Una soluzione saturata contiene la massima quantità di soluto che può essere dissolta a una determinata temperatura, mentre una soluzione sovrassatura contiene una quantità di soluto superiore a quella che può essere dissolta a una determinata temperatura. Le soluzioni possono essere preparate mediante diverse tecniche, come la dissoluzione, la diluizione, la miscelazione e la precipitazione. La dissoluzione è il processo mediante il quale un soluto si scioglie in un solvente. La diluizione è il processo mediante il quale si riduce la concentrazione di una soluzione aggiungendo solvente. La miscelazione è il processo mediante il quale si mescolano due o più soluzioni per ottenere una soluzione finale. La precipitazione è il processo mediante il quale un soluto si separa da una soluzione sotto forma di precipitato. In conclusione, le soluzioni sono miscugli omogenei formati da un solvente e un soluto. Presentano diverse proprietà e possono essere diluite, concentrate, saturate o sovrassature. Possono essere preparate mediante diverse tecniche come la dissoluzione, la diluizione, la miscelazione e la precipitazione.solvente sembrano esserci in quantità simili, bisogna sapere che la soluzione assume la fase del solvente. Le soluzioni possono essere gassose, liquide o solide (leghe metalliche). Percento in Peso Le soluzioni che contengono una piccola concentrazione di soluto si dicono diluite, mentre quelle che contengono una gran quantità di soluto si dicono concentrate. La concentrazione è una grandezza intensiva che indica nella soluzione la quantità di soluto rispetto ad un'altra componente. Uno dei modi per esprimere la concentrazione di una soluzione è il percento in peso. È uno dei più semplici ed indica la quantità di soluto espressa in 100 grammi di soluzione. Un metodo simile è quello della frazione molare dove X = mol / mol .1 1 sol Molarità Un altro metodo per esprimere la concentrazione delle soluzioni è la molarità, che indica il numero di moli di soluto per litro di soluzione (mol/L). Essa si calcolaconoscendo la massa di soluto e il volume dellasoluzione. Per preparare in laboratorio una soluzione a molarità nota, chiamate soluzioni titolate, sinecessita di una bilancia e di un recipiente tarato. Un altro metodo consiste nell'aggiungere solvente asoluzioni più concentrate. Perciò sapendo che n=M*V, e sapendo che diluendo una soluzione, le moli disoluto restano le stesse, possiamo dire che n=M *V =M *V .i i f fMolalitàUn terzo metodo per esprimere la concentrazione di una soluzione è la molalità (mol/kg), che indica ilnumero di moli di soluto in 1kg di solvente, m=mol /kg .soluto solventeDiluizioneLa diluizione è un operazione che serve per diminuire la concentrazione della soluzione aggiungendosolvente. Ma dalla molarità sappiamo che aumentando il solvente diminuisce la concentrazione maaumenta il volume, perciò le moli di soluto rimangono invariate.Solubilità e Soluzioni SatureLa velocità di

La solubilizzazione dipende dalla superficie di contatto del solido con il solvente, se aumenta la superficie aumenta la velocità. Una soluzione in cui è disciolto un soluto inferiore alla sua solubilità è detta insatura. La solubilità nel liquido però non è illimitata, infatti ad un certo punto il soluto non si scoglie più nella soluzione e l'eccedenza si depositerà sul fondo per i solidi. In questa condizione limite si dice che la soluzione è satura. Tuttavia lo scambio di materia non finisce, infatti gli ioni del corpo in eccesso si spostano nella soluzione, e dalla soluzione altri ioni ritornano al corpo. Arrivati a questo punto la concentrazione non varia più, ma tale massima concentrazione non dipende dalla quantità di soluto in eccesso. Se una soluzione satura viene raffreddata una parte del soluto precipita come corpo di fondo finché la quantità di soluto in soluzione non corrisponde.

con la solubilità. Mentre raffreddando la soluzione molto lentamente si ha un innalzamento della solubilità senza la precipitazione del soluto e la formazione di una soluzione instabile detta sovrasatura, che contiene una quantità di soluto maggiore rispetto alla massima quantità solubile. La solubilità dipende sia dalla natura del soluto che del solvente, e rappresenta la quantità massima di solvente che può essere disciolta in una determinata quantità di solvente ad una certa temperatura. In generale la solubilità dei solidi e dei liquidi aumenta all'aumentare della temperatura, ma vi sono molte eccezioni. Mentre in generale i gas sono più solubili in acqua fredda. Per i gas la solubilità, a differenza che per i solidi e per i liquidi, dipende molto anche dalla pressione. Legge di Henry Bisogna anche considerare la dipendenza della solubilità dalla pressione. Questa dipendenza è quasi sempre

trascurabile per i soluti liquidi e solidi, mentre per i soluti gassosi si formalizza nella legge di Henry.

A temperatura costante la quantità di un gas poco solubile disciolta in un determinato volume di liquido è proporzionale alla pressione del gas nella fase gassosa sovrastante la soluzione c=kp, dove c è la concentrazione del gas nella soluzione e p la pressione del gas sovrastante e k è il coefficiente di assorbimento che varia in base al solvente e al soluto. La solubilità diminuisce all'aumentare della temperatura e aumenta all'aumentare della pressione.

Solvatazione

Nella formazione di una soluzione, le molecole di solvente circondano le molecole di soluto, e tale fenomeno è detto solvatazione, ed è dovuto alle attrazioni tra solvente e soluto. Quando il solvente è l'acqua la solvatazione prende il nome di idratazione. La formazione di una soluzione è favorita dalla diminuzione di energia che si accompagna

all'aumento di disordine nel sistema. Nella formazione dellasoluzione si rompono molti legami soluto-soluto e solvente-solvente, per creare legami soluto-solvente. Le molecole di solvente circondano le molecole di soluto stabilendo legami molto forti. In poche parole la soluzione si forma perché la somma dell'energia dei nuovi legami supera largamente l'energia per portare in soluzione il soluto. Al fenomeno della solvatazione corrisponde un'energia di solvatazione, poiché affinché il soluto passi in soluzione è necessario che l'energia di solvatazione sia maggiore dell'energia che lega tra loro le molecole di soluto. Una regola empirica della solubilità dice che il simile scoglie il simile, e questo è rappresentato dal fatto che i solventi polari sono ottimi solventi per i soluti polari, e allo stesso modo i solventi non polari per i soluti non polari. Formazione delle Soluzioni La formazione delle soluzioni dipendedissolversi nel solvente, le particelle di soluto vengono circondate dalle particelle del solvente, formando una sfera di solvatazione. Questo processo rilascia energia ed è esotermico ΔH < 0;2-le particelle di soluto solvate si disperdono uniformemente nel solvente, formando una soluzione omogenea. Durante la formazione di una soluzione, è importante considerare anche il concetto di concentrazione, che indica la quantità di soluto presente in una data quantità di solvente. La concentrazione può essere espressa in diverse unità di misura, come ad esempio la molarità o la percentuale in massa. Le soluzioni possono essere classificate in base alla quantità di soluto presente rispetto alla quantità di solvente. Una soluzione diluita contiene una piccola quantità di soluto rispetto al solvente, mentre una soluzione concentrata contiene una grande quantità di soluto rispetto al solvente. In conclusione, la formazione di una soluzione è un processo complesso che dipende dalla miscibilità dei componenti e può comportare variazioni di entalpia. La concentrazione è un parametro importante da considerare quando si lavora con soluzioni.

Nel solvente, le particelle devono separarsi facendo spazio al soluto. Perché ciò avvenga, devono essere superate le forze intermolecolari tra le parti.