Chimica inorganica - parte 2

SOLUZIONI

La soluzione è un sistema fatto da almeno 2 componenti e si divide in:

• Omogeneo: le sostanze sono il soluto e il solvente, non si separano meccanicamente e sono una fase continua.
• Eterogenee di 2 tipi: l'emulsione cioè una sostanza stabile di 2 fluidi immiscibili in cui uno è la fase dispersa e l'altro quella disperdente (se vengono agitate le fasi rimangono comunque visibili e separabili), e la sospensione in cui il materiale è suddiviso e disperso in un altro in modo da non sedimentare velocemente.

Le soluzioni possono essere gassose, liquide o solide. Nel soluzioni il componente presente in maggior quantità è il solvente mentre l'altro è il soluto; e i soluti possono essere divisi in elettroliti e non elettroliti in base alla loro capacità o meno di produrre ioni e quindi di condurre corrente elettrica.

Una soluzione quando ha la quantità massima di soluto viene definita satura; possono esistere...

anche soluzioni supersature e sono caratterizzate da un alto grado di instabilità. nelle soluzioni acquose il solvente è l'acqua e i soluti sono ioni che vanno ad interagire con le molecole dell'acqua venendo solubilizzati secondo la teoria del "simile scioglie il simile" (un componente polare viene sciolto da un solvente polare, uno apolare da uno apolare). solubilizzazione → quando un soluto viene disciolto le sue particelle si disperdono e vanno a occupare posizioni che prima erano delle particelle del solvente; quando NaCl viene sciolto in acqua ha tra gli ioni delle interazioni elettrostatiche che li tengono uniti nel reticolo, ma le forze attrattive tra le molecole di acqua e gli ioni saranno più forti e faranno in modo di strappare gli ioni dalla struttura cristallina e l'acqua rivolge la parte negativa al Na e quella positiva al Cl. la solubilizzazione vale per i composti ionici ma anche per altri, il glucosio per esempio è.solubile in acqua a causa dei legami a idrogeno e viene anch'esso solubilizzato; di conseguenza il glucosio è solubile in un solvente polare come l'acqua ma insolubile in uno apolare come il benzene o il cloroformio. Anche la glicina e il glicerolo sono solubili in acqua. Il colesterolo è apolare (come anche un trigliceride o una cera) e quindi può essere solubilizzato solo in un solvente apolare, lo stesso il naftalene che è insolubile in acqua e solubile in composti apolari come benzene. Nei composti con carattere anfipatico (fenilalanina e fosfatidilcolina) in cui si ha sia un gruppo idrofilo che uno idrofobico perciò sono solubili sia in solventi polari che apolari. Concentrazione delle soluzioni: - Si ragiona in termini di grammi e ml. - Frazione molare: rapporto fra il numero di moli di un componente fratto il totale di moli presenti. - Normalità: N = nEq/V oppure N = M * X. - L'equivalente è la quantità di specie chimica che può fornire.combinare, ossidare o ridurre una mole di H o una mole di ione H+ o di ione OH-. Ne = g/peso eq. peso eq. = PM/x il peso equivalente per i sali corrisponde alle cariche positive o negative che libera una volta dissociato. peso eq. = PF/n cariche diluizione: una soluzione può essere diluita aggiungendo acqua e il numero di moli varia: C0 * V0 = Cf * Vf la quantità massima di un soluto che può essere disciolta in una data quantità di solvente a una certa temperatura viene detta solubilità. la dissoluzione di un non elettrolita avviene con la rottura della disposizione ordinata del reticolo cristallino e si arresta quando avviene un equilibrio fra la fase solida e quella liquida (equilibrio dinamico, tante particelle si portano in soluzione quanti ne assumono la posizione del cristallino). per elettrolita si intende una specie che produce ioni e che conduce quindi corrente. la ionizzazione può essere totale quando abbiamo un elettrolita forte oppure parziale se

è debole.i sali sono elettroliti forti e in genere in acqua vengono completamente dissociati;l’NaCl inizia il processo di dissoluzione come visto prima, ma si può arrivare allasaturazione della soluzione e quindi all’equilibrio.per la soluzione satura si può scrivere la costante di equilibrio:dove le concentrazioni degli ioni sono quelle della soluzione satura.il prodotto di solubilità viene indicato con Kpsla solubilità è influenzata dalla natura del solvente e del soluto (le sostanze apolarisono solubili in sostanze apolari, viceversa le polari) e dalla temperatura perché sela dissoluzione è endotermica allora la solubilità aumenta con l’aumentare di T (inaccordo con Chatelier), se è esotermica diminuisce con l’aumentare di T.infine dipende dalla pressione perchè è direttamente proporzionale ad essa secondola legge di Henry: C=Kp.proprietà colligative dell’acqua:

proprietà che dipendono solo dal numero di particelle e non dalla natura chimica.

1. tensione di vapore → nel liquido puro si verifica un equilibrio fra il liquido e il vapore che genera una pressione di vapore; in presenza di soluto diminuiscono le molecole che possono evaporare e quindi diminuisce anche la tensione di vapore. deltaP = K*m
2. innalzamento della temperatura ebullioscopica e abbassamento della temperatura di congelamento →
3. pressione osmotica → in natura esistono membrane che consentono solo il passaggio di alcune particelle e, per questa proprietà, vengono definite semipermeabili. a questo proposito la diffusione è il trasferimento netto di particelle secondo gradiente di concentrazione e quindi da un'area in cui sono più concentrate ad una dove lo sono di meno. un esempio di diffusione semplice è l'osmosi che riguarda un flusso di molecole di solvente. la pressione osmotica è la pressione che si deve esercitare

alla soluzione affinché si arresti il flusso del solvente.

osmole: unità di misura del numero di particelle osmoticamente attive che contribuiscono alla pressione osmotica, 1 omsole contiene un numero di Avogadro di particelle attive.

osmolarità: numero di osmoli per L.

la tonicità è una misura della pressione osmotica di 2 soluzioni separate da membrana semipermeabile: in una soluzione isotonica non vi è movimento netto di acqua, in una ipertonica l'acqua si muove verso l'esterno e la cellula si contrae, in una ipotonica l'acqua entra all'interno e la cellula scoppia.

Acidi e basi soluti delle soluzioni acquose si dividono in due categorie:

• elettroliti → sostanze che, sciolte in acqua, emettono ioni e quindi conducono corrente, quelli forti vengono completamente ionizzati in soluzione, quelli deboli solo parzialmente.
• non elettroliti → sostanze che, in acqua, non producono ioni e quindi non conducono corrente.

La definizione di Arrhenius si basa su studi relativi alla dissociazione elettrolitica, questa è però una definizione limitata solo a certe specie e non spiega il comportamento di altre in acqua, come NH₃.

Acido: composto in grado di dissociarsi liberando protoni H⁺.

Base: composto in grado di dissociarsi liberando ioni OH^-.

L'ammoniaca NH₃ ha un comportamento basico che non rientra nella teoria di Arrhenius (non è una base di Arrhenius) perché la molecola non ha ioni OH^- dissociabili e quindi la presenza in maggior quantità di OH^- rispetto a H⁺ probabilmente deriva dal fatto che NH₃ reagisce così in acqua.

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

Si verifica una reazione fra le molecole dell'acqua e quelle di ammoniaca, quest'ultima strappa un protone dall'acqua. L'acqua cede un protone all'ammoniaca e si comporta da acido, mentre l'ammoniaca acquista un protone comportandosi da base.

Quando l'acqua...

(acido) cede il protone diventa OH (base coniugata); quando4+l'ammoniaca acquista il protone (base) diventa NH (acido coniugato).

Definizione di Bronsted e Lowry:

Acido: sostanza che è in grado di cedere ioni H ad una base che li riceve.

Base: sostanza che è in grado di acquistare ioni H da un acido.

L'ammoniaca è quindi una base di Bronsted; la stessa cosa accade anche per l'acidocloridrico: HCl è un acido perché cede un protone all'acqua. Anche nel caso dell'acido acetico CH3COOH, questo si comporta da acido cedendo un protone all'acqua che a sua volta si comporta da base.

Definizione Lewis: l'ammoniaca si comporta da base perché acquista protone dall'acqua; in questo caso usa la lone pair sull'azoto per condurre un attacco nucleofilo sull'acqua; lo stesso accade, ad esempio, quando si lega con BF3. Nella definizione di Lewis, il termine nucleofilo è sinonimo di base.

Acidi: composti

sono legate all'equilibrio chimico tra acidi e basi. In grado di accettare un doppietto elettronico: basi: composti in grado di donare un doppietto elettronico (nucleofilo). La forza di un acido o di una base è considerata in funzione alla sua tendenza a perdere o acquistare un protone. Gli acidi forti sono quelli che perdono più facilmente i loro protoni e le basi forti sono quelle che, con più facilità, accettano un protone. Un acido forte è una sostanza che in acqua è completamente ionizzata e una base forte in acqua è completamente ionizzata. Gli acidi e le basi deboli non si dissociano completamente in acqua e quindi non danno luogo a un equilibrio. All'equilibrio chimico è costante il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti e quello delle concentrazioni dei reagenti, ciascuno elevato al proprio coefficiente stechiometrico. Nello stesso modo si può calcolare Ka e Kb che sono rispettivamente la costante di acidità e la costante di basicità e che

Le costanti di dissociazione acida e basica (Ka e Kb) indicano la forza di un acido e di una base. Se Ka è alto, allora l'acido è forte; se è basso, l'acido è debole. Lo stesso vale per Kb.

L'acqua, in alcune reazioni, si comporta da acido e in altre da base. Le specie di questo tipo vengono definite anfiprotiche o anfotere.

L'autoprotolisi dell'acqua è rappresentata dall'equazione: H2O → H3O+ + OH-. L'acqua è un conduttore elettrico di seconda specie perché dissociata parzialmente in ioni idronio e idrossilioni.

A 25°C, la concentrazione di ioni idronio è uguale a quella di idrossilioni e vale 10^-7. Le soluzioni in cui accade questo sono definite neutre. Quelle in cui la concentrazione di ioni idronio è maggiore sono acide, mentre quelle in cui è maggiore la concentrazione di idrossilioni sono basiche.