Universita degli Studi Corsi di Laurea in Scienze

Universita’ degli Studi Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e dell’Insubria Chimica Industriale Termodinamica Chimica Miscele e Soluzioni dario. bressanini@uninsubria. it http: //scienze-como. uninsubria. it/bressanini

Soluzioni

Soluzioni con Solidi e Liquidi n n Una soluzione è una miscela omogenea di due o più specie Consideriamo una miscela di due componenti, in cui almeno una delle due non e’ un gas ´ ´ ´ n Liquido-Liquido-Gas Solido-Liquido Solido-Gas Solido-Solido Sapete trovare degli esempi dei casi precedenti? © Dario Bressanini 3

Soluzioni © Dario Bressanini 4

Soluzioni Solide n n Lo zaffiro invece (meno pregiato), deve la sua colorazione blu al Ferro e al Titanio che hanno sostituito alcuni atomi di Alluminio © Dario Bressanini Il Rubino è una soluzione solida di ossido di cromo in Corindone (Al 2 O 3) La varietà detta “sangue di piccione” è una delle gemme colorate più preziose n 5

Soluzioni Solide e Liquide n n In una miscela, e’ arbitrario definire quale e’ il soluto e quale il solvente. Tuttavia, se una componente ha una frazione molare vicina a 1, la si considera solvente La componente a minor frazione molare è chiamata soluto Una soluzione satura contiene la quantità massima di soluto disciolto a quella pressione e temperatura © Dario Bressanini 6

Soluzioni Sovrassature n Una soluzione può essere temporaneamente in uno stato metastabile, ed avere più soluto di quanto permesso © Dario Bressanini 7

Legge di Raoult

Legge di Raoult n n n Consideriamo una miscela con un liquido volatile e un liquido o un solido non volatile Come varia la pressione parziale del liquido volatile al variare della frazione molare? Indichiamo con p* la pressione di vapore del liquido puro © Dario Bressanini 9

Legge di Raoult n n Aggiungendo del soluto non volatile ad una soluzione di liquido volatile, la pressione di vapore diminuisce Vi sono meno molecole di solvente sulla superficie. Il soluto impedisce ad alcune molecole di passare nella fase gassosa, ma non ne impedisce il ritorno alla fase liquida. © Dario Bressanini Bloccato 10

Legge di Raoult n Se assumiamo che le interazioni solvente-solvente siano identiche a quelle solutosolvente, possiamo concludere che la pressione di vapore e’ proporzionale alla frazione molare p A = x. Ap A* © Dario Bressanini 11

Soluzioni Ideali p A = x. Ap A* Le soluzioni che seguono la legge di Raoult di chiamano Soluzioni Ideali n Le soluzioni ideali hanno Dsol. H =0 n Francois Raoult (1830 -1901) © Dario Bressanini 12

Soluzione di due Liquidi Volatili n n Consideriamo ora due liquidi volatili. Entrambi hanno una pressione di vapore © Dario Bressanini 13

Legge di Raoult per Liquidi Volatili n Se assumiamo che la soluzione sia ideale: ´ ´ La pressione di vapore di ogni componente puo’ essere calcolata mediante la legge di Raoult La pressione totale e’ la somma delle due pressioni parziali. p A = A p A* p B = B p B* ptot = p. A + p. B = A p. A* + B p. B* © Dario Bressanini 14

Soluzione di Toluene e Benzene H H CH 3 C H H C C C C C H Benzene C H H H C H H Toluene Benzene e Toluene sono composti volatili con una struttura simile e quindi forze intermolecolari simili. Una loro soluzione si comporta idealmente © Dario Bressanini 15

Soluzione Ideale e non Ideale ptot = A p. A* + B p. B* © Dario Bressanini 16

Soluzioni Non Ideali n n La maggior parte delle soluzioni non sono ideali Le interazioni tra A e B sono diverse da quelle AA e BB Deviazione positiva © Dario Bressanini Deviazione negativa 17

Legge di Henry

Legge di Henry n n n La legge di Raoult, per soluzioni non ideali, e’ una legge limite ´ Se x. A 1 p A = A p A* p B* William Henry ha scoperto che per x. A 0 p. A = A KA p La pressione parziale è k’H; B proporzionale alla frazione molare, ma la costante di proporzionalità non è p. A* p A* k’H; A 0 © Dario Bressanini x. A 1 19

Leggi di Henry e Raoult © Dario Bressanini 20

Legge di Henry Interpretazione Molecolare © Dario Bressanini 21

Legge di Henry n Gas (in H 2 O) CO 2 H 2 N 2 O 2 © Dario Bressanini K/(10 Mpa) 0. 167 7. 12 8. 68 4. 40 n La conoscenza delle costanti di Henry è importante per molte applicazioni Il Diossido di Carbonio si scioglie molto bene in acqua 22

Legge di Henry © Dario Bressanini 23

Legge di Henry n n © Dario Bressanini Ad alte pressioni l’Azoto e l’ossigeno si sciolgono nel sangue. Tornando in superficie troppo velocemente, si può soffrire di Embolia 24

Solubilità nel Sangue n Ad alte pressioni l’Azoto e l’ossigeno si sciolgono nel sangue. L’ossigeno viene consumato, ma l’Azoto rimane nel sangue. Camere Iperbariche n Sangue Artificiale n n

Legge di Henry n Molti prodotti sfruttano la grande solubilità dei gas in acqua CO 2 © Dario Bressanini N 2 O/CO 2 26

© Dario Bressanini 27

Mistero Watson: Dottor Holmes, Perchè mi si sgasano sempre le bottiglie di Gassosa semivuote? Sherlock Holmes: Per la legge di Henry, mio caro Watson !!! © Dario Bressanini 28

Proprietà Colligative

Proprietà Colligative n n Aggiungendo un soluto in un solvente, abbiamo visto come le proprietà del solvente cambiano Si chiamano proprietà colligative quelle proprietà del solvente che dipendono solo dal numero di molecole di soluto ma non dalla loro identità ´ ´ Innalzamento Ebullioscopico Abbassamento Crioscopico Pressione Osmotica (Solubilità) © Dario Bressanini 30

Variazione della Pressione di Vapore © Dario Bressanini 31

Innalzamento Ebullioscopico n n n Se assummiamo che il soluto B non sia volatile è possibile valutare l’innalzamento del punto di ebollizione DT = K x B K = RT*2/Dvap. H Quando si deve mettere il sale nell’acqua per la pasta? T* © Dario Bressanini T*+ DT 32

Abbassamento Crioscopico n n n T*-DT © Dario Bressanini Se assumiamo che il soluto B non si sciolga nel solido è possibile valutare abbassamento del punto di fusione DT = K’ x. B K’ = RT*2/Dfus. H T* 33

Abbassamento Crioscopico n Il soluto, rende più difficile costruire il reticolo cristallino solido, e quindi diminuisce il punto di fusione © Dario Bressanini 34

Abbassamento Crioscopico n n n Anticongelante nel radiatore (Dietilen. Glicole) Sale sulle strade (Na. Cl o meglio Ca. Cl 2) per sciogliere il ghiaccio Gelatiera casalinga © Dario Bressanini 35

Quiz n Perchè la birra calda fa schifo? © Dario Bressanini 36

Osmosi

Osmosi n n n L’Osmosi e’ il passaggio spontaneo di un solvente puro verso una soluzione, separata da una membrana semipermeabile Una membrana semipermeabile permette il passaggio del solvente ma non del soluto Il solvente passa dalla soluzione meno concentrata a quella piu’ concentrata 4% Na. Cl 10% Na. Cl H 2 O © Dario Bressanini 7% Na. Cl 7 % Na. Cl H 2 O Membrana Semipermeabile Equilibrio 38

Pressione Osmotica n n © Dario Bressanini La pressione osmotica e’ quella pressione che, aggiunta a quella atmosferica e’ necessaria per impedire il passaggio del solvente attraverso la membrana semmipermeabile La pressione osmotica si indica con P 39

Pressione Osmotica © Dario Bressanini 40

Pressione Osmotica PV = nsoluto. RT © Dario Bressanini 41

Pressione Osmotica e Sangue n n Le pareti cellulari sono membrane semipermeabili La pressione osmotica non puo’ cambiare, altrimenti le cellule vengono danneggiate Il flusso di acqua da un globulo rosso verso l’ambiente deve essere all’equilibrio Una soluzione Isotonica ha la stessa pressione osmotica delle cellule del sangue 5% glucosio e 0. 9% Na. Cl © Dario Bressanini 42

Osmosi e Globuli Rossi Soluzione Isotonica I Globuli Rossi hanno la stessa concentrazione del liquido circostante © Dario Bressanini Soluzione Ipertonica la concentrazione esterna e’ piu’ alta Raggrinzimento Soluzione Ipotonica la concentrazione esterna e’ piu’ bassa Emolisi 43

Dialisi n n n Si parla di Dialisi quando il solvente e piccole molecole di soluto passano attraverso una membrana semipermeabile Grandi molecole e particelle non passano L’emodialisi (rene artificiale) e’ usata in medicina per rimuovere delle sostanze (ad esempio urea) in concentrazione tossiche (In chimica NON esistono sostanze tossiche, ma solo concentrazioni tossiche) © Dario Bressanini 44

Reni e Dialisi n n I prodotti di scarto trasportati dal sangue vengono dializzati dai reni attraverso una membrana semipermeabile. Attraverso dei tubuli vengono eliminati nell’Urina Nel rene artificiale questa operazione viene effettuata artificialmente © Dario Bressanini Arteria Vena Uretra 45

Il Caso del Marinaio Naufrago Un marinaio naufraga su un’isola deserta senza acqua dolce da bere. Sa che i soccorsi arriveranno in 8 giorni, ma che senz’acqua puo’ sopravvivere solo per 7 giorni. Con il vento a favore tuttavia, la nave di salvataggio arriva gia’ dopo 5 giorni, ma trova il marinaio morto sulla spiaggia. Cosa e’ successo? Sperando di sopravvivere piu’ a lungo, il marinaio ebbe la pessima idea di bere acqua del mare © Dario Bressanini 46

Chimica Fisica in Cucina n n Cosa consiglia la Chimica Fisica per una Macedonia perfetta? Spargere lo Zucchero sulle fragole tagliate, e solo in seguito aggiungere il limone (antiossidante) © Dario Bressanini 47

Chimica Fisica in Cucina © Dario Bressanini n E per una buona bistecca? n Il sale va aggiunto solo alla fine 48

Solubilita’ dei Solidi n Alcuni sali hanno una entalpia di soluzione negativa e quindi diminuiscono la loro solubilita’ all’aumentare della temperatura. © Dario Bressanini 50

Solubilita’ dei Gas n n La solubilita’ dei gas in acqua di solito diminuisce con la temperatura In altri solventi puo’ anche aumentare L’acqua degli impianti industriali deve venir raffreddata prima di essere gettata nell’ambiente © Dario Bressanini 51