CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI Solvente: normalmente

CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI
Ø Solvente: normalmente liquido in eccesso
Ø Soluto: gas, liquido o solido, normalmente in difetto
Percentuale in peso = g soluto / g soluzione x 100
H2O2 al 3%
Percentuale in volume = V soluto / V soluzione x 100
Alcol etilico al 12%
Grammi / Litro (di soluzione)
15 g NaCl in 10 mL
Molarità:
moli di soluto in 1 litro di soluzione
2 moli di HCl in 200 mL di soluzione = 2/0.200 = 10 M
Normalità: equivalenti di soluto in 1 litro di soluz.
3 eq. di HCl in 150 mL di soluzione = 3/0.150 = 20 N
Molalità:
moli di soluto in 1 kg di solvente
0.2 moli di glucosio in 2 kg di H2O = 0.2/2 = 0.1 m
Frazione molare χi :
χi = ni / Σ ni
Σχi = 1
In soluzioni acquose diluite:
Vsolvente ~ Vsoluzione e
kgsolvente ~ litrisoluzione da cui Molarità ~ molalità
M ~ m
Es.: Calcolare la Molarità, la frazione molare, la
percentuale in peso e la molalità di una soluzione
ottenuta sciogliendo 15 g di glucosio (C6H12O6) in 100 mL
di acqua. PM(glucosio) = 174 g/mole.
Molarità
moli soluto / litri soluz. ~ moli soluto / litri solvente
= [15g / 174 g/mole ] / 0.100 L = 0.862 M
Frazione Molare
χGlucosio = nGlucosio / [nGlucosio + nAcqua ] =
0.0862 / [0.0862 + 100/18.02] = 0.0153
Percentuale in peso
%Glucosio = gGlucosio / [gGlucosio + gAcqua ] x 100 =
15/115 x 100 = 13.04 %
Molalità
Moli soluto / kg solvente = 0.0862/0.100 = 0.862 m
Grammi su litro
g soluto / V soluzione = 15 g / 0.100 L = 150 g/l
Normalmente si lavora in Molarità (mai in g/l)
Dato che Molarità è moli /L
CONCENTRAZIONE x VOLUME = MOLI
(intensiva)
(estensiva) (estensiva)
Es.: Quante moli ci sono in 7.82 L di NaOH 0.889 M?
Moli = Conc x Vol = 0.889 moli/L x 7.82 L = 6.952 moli
Es.: Quanti grammi ci sono in 15.2 mL di NH3 0.15 M?
Moli = Conc x Vol, ma anche: Moli x PM = Grammi
Quindi:
Conc
x Vol
x PM
= Grammi
0.15 moli/L x 0.0152 L x 17 g/mole = 0.03876 g di NH3
Es.: Tre case farmaceutiche offrono un farmaco di
formula C10H14N3 a prezzi diversi:
Ø Confezione da 250 mL, titolo 10 g/l, a Euro 37
Ø Confezione da 100 mL, titolo 0.1 M, a Euro 21
Ø Confezione da 10 pastiglie (0.13 g l’una) a Euro 14
Qual è la confezione più conveniente?
a) 10 g/L x 0.25 L = 2.5 g
costo al g = 37/2.5 =14.80
b) 0.1 moli/L x 0.1 L x 162 g/mole = 1.62 g
costo al g = 21/1.62 =12.96
c) 1.3 g in totale
costo al g = 14/1.3 =10.76
Es.: Siano date la reazione:
BaCl 2(aq) + H2SO4(aq) à BaSO4(s) + 2 HCl(aq)
e le soluzioni acquose
a) BaCl 2 (0.5 L, 0.12 M)
b) H2SO4 (0.3 L, 0.21 M)
Mescolando a) con b), quanto BaSO4 precipita? Qual è il
volume finale della soluzione? Qual è la concentrazione
finale di HCl?
Ingredienti: BaCl2 0.5 L x 0.12 = 0.060 moli
H2SO4 0.3 L x 0.21 = 0.063 moli
In forma tabulare:
mmoli iniziali
mmoli reagite
mmoli finali
BaCl2 + H2SO4 à BaSO4 +
2 HCl
60
63
Agente limitante
-60
-60
+60
+120
0
+3
+60
+120
1) 60 mmoli x 233.3 [PM(BaSO4)] = 13.998 mg
2) Vfinale = Va + Vb = 0.5 L + 0.3 L = 0.8 L
3) [HCl] = moliHCl / Vsoluz. = 0.120 moli / 0.8 L = 15 M
Rifare l’esercizio con:
BaCl2 0.128 M, 33 mL
BaCl2 5.12 g/L, 70 mL
e H2SO4 0.0791 M, 44 mL
e H2SO4 7.12 g/L, 30 mL
ELETTROLITI
Sostanze che, in soluzione, dissociano in specie cariche
(ioni positivi e negativi)
AB à A+ + BOppure
AnBm à nAz+ + mBw-, con nw = mz
NaCl
à Na+ + ClCaSO4 à Ca2+ + SO42Generano 2 moli a partire da 1 mole
Elettroliti uni-univalenti
BaCl2 à Ba2+ + 2 ClNa2SO4 à 2 Na+ + SO42Generano 3 moli a partire da 1 mole
Elettroliti uni-divalenti
Elettrolita forte: dissociazione COMPLETA (100%)
Elettrolita debole: dissociazione PARZIALE (<100%)
(di solito qualche % o meno!)
Non Elettrolita: dissociazione NULLA (0%)
Es. Sia data la reazione
2 NaOH + H2SO4 à Na2SO4 + 2 H2O
Si abbiano a disposizione 2.7 g di NaOH in 197 mL di
soluzione. Quanti mL di soluzione di H2SO4 di titolo 0.14
moli/L neutralizzano questa soluzione? Qual è il volume
finale?
H2SO4 (Vx mL)
197 mL
NaOH
Na2SO4
Vfin = 197 + Vx
2.7 g NaOH / 40 g/mole [PM(NaOH)] = 67.5 mmoli
1 mole NaOH
67.5 moli NaOH
richiede
richiedono
0.5 moli H2SO4
33.75 moli H2SO4
moli(H2SO4)
= Conc(H2SO4)
x Vol(H2SO4)
33.75 mmoli
= 0.14 mmoli/mL
x Vx (mL)
Vx = 33.75 / 0.14 = 241 mL; V fin = 197 + 241 = 438 mL
Rifare con NaOH 0.23 M, 15 mL e H2SO4 0.17 M
Rifare con NaOH 20 ml, 0.998 M e Vol(H2SO4) = 27.2 mL
In questo caso, qual è la concentrazione
(incognita) di H2SO4?
METODO PER DETERMINARE CONCENTRAZIONI
STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI
Problemi di Diluizione
Es.: Calcolare a quale volume occorre diluire 125 mL di
una soluzione di HCl 1 M per ottenerne una M/10.
V(Fin) = V(In) + X
Moli iniziali
CIn VIn
1 x 0.125
=
=
=
Moli finali
CFin VFin
0.1 x (0.125 + X)
X = (0.125 –0.0125)/0.1 = 1.125 L
V(Fin) = 1.25 L
Es. : Una soluzione di A è 0.100 M. Calcolare quanta
soluzione di A e quanta acqua occorrono per preparare
40 mL di una soluzione 1.95 10-3 M di A.
CFin VFin
= 40 x 1.95 10-3 = 7.80 mmoli
CIn VIn
= 7.80 mmoli = 0.100 x VIn
VIn = 0.78 mL ;
H2O da aggiungere 40 mL – 0.78 mL = 39.22 mL
STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI
Miscele ‘non reattive’
Es.: Si hanno a disposizione le seguenti soluzioni:
1) HNO3, 3.5 M
2) H2SO4, 2.4 M
3) HCl, 1.7 M
Si vogliano preparare 100 mL di una soluzione 0.1 M di
ciascuna specie. Come la preparo?
CFin VFin = 0.1 moli/L x 0.100 L = 10-2 moli
per ciascuna specie
V0i = molii / C0i
V01 = moli1 / C01 = 10-2 moli / 3.5 moli/L = 2.86 mL
V02 = moli2 / C02 = 10-2 moli / 2.4 moli/L = 4.17 mL
V03 = moli3 / C03 = 10-2 moli / 1.7 moli/L = 5.89 mL
Σ V0i = 12.92 mL
VH2O = 100 – 12.92 = 87.08 mL
In pratica, devo miscelare:
V01 V02 V03 VH2O
Es. Calcolare quanti mL di una soluzione di H2SO4 al
15% in peso (ρ = 1.10) e quanti mL di una soluzione di
H2SO4 al 30% in peso (ρ = 1.22) si devono mescolare per
avere una soluzione 2 M di H2SO4 .
Soluzione A: 1 litro pesa 1100 g, di cui 15% sono H 2SO4
MA(H2SO4) = 0.15 x 1100 / 98.08 (PMH2SO4) = 1.68 M
Soluzione B: 1 litro pesa 1220 g, di cui 30% sono H 2SO4
MB(H2SO4) = 0.30 x 1220 / 98.08 (PMH2SO4) = 3.74 M
Soluzione Finale: 2 moli di H2SO4 per litro (VA + VB)
2 moli totali = moli(A) + moli(B)
CAVA + CBVB = 1.68 x VA + 3.74 x (1000-VA)
da cui VA = 844 mL e V B = 156 mL
Es. Si miscelano 2.73 L di una soluzione di NaCl 0.105
M con 4.87 L di una soluzione di NaCl 0.160 M.
Calcolare la concentrazione finale di NaCl.
V1 + V2 = VTot = 7.60 L
Moli(1) = C1 V1 = 0.105 moli/L x 2.73 L = 0.29 moli
Moli(2) = C2 V2 = 0.160 moli/L x 4.87 L = 0.78 moli
-------------Moli totali = 1.07
[NaCl] = moli(NaCl) / VTot = 1.07 moli / 7.60 L = 0.14 M
STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI
Miscele ‘reattive’
Es. Si trattano 20 mL di una soluzione di KOH con 45 mL
di una soluzione 1 M di H2SO4. La soluzione risultante è
acida (eccesso di H+) e richiede, per essere neutralizzata,
12 mL di NaOH 1 M. Calcolare la molarità della
soluzione iniziale di KOH.
I Reazione:
2 KOH + H2SO4 à 2 H2O + K2SO4
mmoli iniziali
20 Cx
45
mmoli reagite
-20 Cx
mmoli finali
0
II Reazione:
-
-
-10 Cx
20 Cx
10 Cx
45 -10 Cx
20 Cx
10 Cx
Agente Limitante
H2SO4 + 2 NaOH à 2 H2O + Na2SO4
mmoli iniziali 45-10Cx
12
-
-
mmoli reagite -(45-10Cx ) -2(45-10Cx ) 2(45-10Cx ) (45-10 Cx )
mmoli finali
0
12 = 90 – 20 Cx
0
90-20Cx
45-10Cx
Cx = (90-12) / 20 = 3.9 moli/L