Stato liquido e proprietà colligative

Lo stato liquido

Particelle in continuo movimento (anche se meno dei gas).

Movimento caratteristico: moto Browniano (a zig-zag).

• isotropia: stesse proprieta fisiche indipendentemente dalla direzione di misurazione (etc. cristalli liquidi)
• fluidita: non hanno forma propria
• facile diffusione reciproca: quando due liquidi sono miscibili

• liquidi ionici: costituiti da ioni
  • es. sali allo stato fuso
• molecolari
  • semplici: fra le molecole esistono solo forze di van der Waals
  • con legami a idrogeno fra le molecole

Soluzioni

Sistemi omogenei a piu componenti (solide, liquide o gassose).

Solvente: stesso stato di aggregazione della soluzione, presente in maggior quantita.

• frazione ponderale: ^g/_g ← massa del componente
• (percentuale: [x100]) → massa totale
• frazione molare: ⁿ/_n ← moli del soluto
• → moli totali
• concentrazione ordinaria: [^g/_g x100] ← massa del soluto
• → massa del solvente

• concentrazione: ^g/_V ← massa del componente
• → volume totale
• molarita [ ]: ⁿ/_V ← moli di soluto
• → volume totale
• molalita: [ⁿ/_g]←moli di soluto/kg di solvente

*per i liquidi: anche c. in volume

Lo stato liquido

Particelle in continuo movimento (anche se meno dei gas)

Movimento caratteristico: moto Browniano (a zig-zag)

• isotropia: stesse proprietà fisiche indipendentemente dalla direzione di misurazione (etc. cristalli liquidi)
• fluidità: non hanno forma propria
• facile diffusione reciproca: quando due liquidi sono miscibili

liquidi ionici: costituiti da ioni

es. sali allo stato fuso

semplici: fra le molecole esistono solo forze di van der Waals

molecolari - con legami a idrogeno fra le molecole

Soluzioni

Sistemi omogenei a più componenti (solide, liquide o gassose)

Solvente: stesso stato di aggregazione della soluzione presente in maggior quantità

frazione ponderale: [^g/_g] ← massa del componente

(percentuale: [^x/₁₀₀]) ← massa totale

frazione molare: [ⁿ/_n] ← moli del soluto

← moli totali

concentrazione ordinaria: [^g/_g] •100 ← massa del soluto

← massa del solvente

concentrazione: [^g/_V] ← massa del componente

← volume totale

molarità [ _J ]: [ⁿ/_V] ← moli di soluto

← volume totale

molalità: [ⁿ/_g] ← moli di soluto/kg di solvente

*per i liquidi: anche c. in volume

Solubilità

Massima concentrazione che una sostanza può raggiungere in un solvente senza che si abbia sospensione di fase

Se si supera questo valore: parte del soluto è indisciolta la soluzione si dice satura

Varia in funzione di temperatura e pressione

Temperatura

Soluto gassoso: la diluizione è esotermica

• => diminuisce all'aumentare della temperatura si annulla alla temperatura di ebollizione

Soluto solido: se la diluizione è endotermica, aumenta con la temperatura

• se la dissoluzione è esotermica, diminuisce all'aumentare della temperatura

Pressione

Soluto solido: la variazione di volume è trascurabile

• => influenza modesta

Soluto gassoso: la soluzione ha sempre un volume più piccolo di quello complessivo di soluto e solvente

• => aumenta con la pressione

Soluzioni poco concentrate, gas che non reagiscono col solvente:

Legge di Henry

A temperatura costante, la solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale che il gas esercita nella fase gassosa a contatto con il liquido

Tensione di vapore

Molecole sulla superficie: energia cinetica vince le forze attrattive => passano alla fase vapore

L'energia cinetica diminuisce => il liquido assorbe energia dall'ambiente

L'evaporazione è spontanea ma endotermica => favorita da un aumento di temperatura

Con un recipiente chiuso: si stabilisce un equilibrio fra evaporazione e condensazione

A temperatura costante:

• costante la concentrazione delle molecole in fase vapore
• costante la pressione esercitata da queste (tensione di vapore)

[^{P = A·eQv/RT}]

• ^costante
• ^{calore latente di vaporizzazione}
• ^{(Qv perché a temperatura T evapori una mol)}
• ^{temperatura assoluta}
• ^{costante universale dei gas}

Temperatura di ebollizione:

la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna

Temperatura normale di ebollizione:

P = 1 atm

=> diminuendo la pressione esterna, diminuisce la T di ebollizione

Ebollizione: coinvolge tutta la massa del liquido

Evaporazione: coinvolge solo la superficie

Proprietà colligative

Dipendono solo dal numero di particelle di soluto presenti nell'unità di volume della soluzione, non dalla loro natura.

Soluzioni ideali: i componenti hanno struttura chimica simile la formazione della soluzione non è esotermica né endotermica

Legge di Raoult:

P_i = X_i · P_i^*

Non vale per gli elettroliti (reagiscono)

• tensione di vapore del componente
• frazione molare
• tensione di vapore del componente puro a quella temperatura

Per una soluzione binaria:

P = P_A + P_B

= X_A · P_A^* + X_B · P_B^*

= P_A^* (1 - X_B) + P_B^* · X_B

= [P_A^* + (P_B^* - P_A^*)X_B] o viceversa

la tensione di vapore ha una dipendenza lineare con la frazione molare dei suoi componenti

Ma se il soluto B non è volatile, la sua tensione di vapore è trascurabile

P = P_A^* · X_A

P = P_A^* · X_A = P_A^* (1 - X_B)

in presenza di un soluto non volatile, si ha un "abbassamento relativo" della tensione di vapore

=>

^P⁄_PA^* = 1 - X_B

=>

[^{P - P_A*}⁄_PA^* = X_B = ^n_B⁄_nA+nB]

Crioscopia ed ebulloscopia

ricordando: P = A·e^Qv/RT

Quando in un solvente si scioglie un soluto non volatile, la tensione di vapore P diminuisce.

• a parità di pressione esterna, rispetto al solvente puro
• la temperatura di ebollizione della soluzione è più alta
• la temperatura di inizio congelamento è più bassa

Raoult:

P_A* - P / P_A* = n_B / n_A + n_B n_B trascurabile rispetto ad n_A se la soluzione è diluita

P_A* - P = P_A* n_B / n_A considerando sempre la stessa quantità di solvente e a temperatura costante, P_A* e n_A sono costanti

P_A* - P ∝ n_B = molalità della soluzione

La diminuzione della tensione di vapore è proporzionale all'innalzamento della temperatura di ebollizione e all'abbassamento della temperatura di inizio congelamento

Legge dell' ebulloscopia costante ebulloscopica

ΔT_e = K_e · m

Legge della crioscopia

ΔT_c = K_c · m

↑ costante crioscopica

> molalità della soluzione

Comportamento crioscopico

Solvente puro

Tutto il solvente solidifica a T_c, la temperatura ha quel valore finché tutto il solvente ha solidificato

T_c: temperatura alla quale liquido e fase solida hanno la stessa tensione di vapore

Soluzione

A T_c si forma un cristallo di solvente solido. La temperatura diminuisce, si forma altro solvente solido e quindi la soluzione diventa più concentrata

Temperatura eutettica: il solvente non riesce più a mantenere disciolto il soluto (soluzione satura)

=> si solidificano sia il solvente che il soluto