Il concetto di volume parziale molare e la sua importanza nella chimica
Il volume parziale molare è una grandezza cruciale nella chimica, poiché fornisce informazioni dettagliate sul comportamento dei gas e delle soluzioni in diverse condizioni. Per capire appieno questo concetto, è importante prima comprendere cosa si intende per pressione parziale. Considerando due gas, A e B, contenuti in un recipiente di volume V alla pressione p e costituiti rispettivamente da nA e nB moli, possiamo applicare l’equazione di stato dei gas ideali, pV = nRT.
La pressione totale p è la somma delle pressioni parziali del gas A e del gas B:
p = pA + pB
dove la pressione parziale di un gas è quella che ciascun gas avrebbe se occupasse da solo l’intero volume occupato dalla miscela alla stessa temperatura. Pertanto possiamo scrivere p = nRT/V = (nA + nB)RT/V, pA= nART/V e pB= nBRT/V.
Volume parziale
Analogamente possiamo definire il volume parziale del gas A e quello del gas B. Detto V il volume totale dei due gas si ha V = nRT/p. Ovvero VA+ VB = (nA + nB)RT/p. Inoltre VA = nART/V e VB= nBRT/p. Per i gas quindi vale l’additività dei volumi.
Volume parziale molare
Il volume parziale molare di una sostanza X in una miscela è la variazione di volume per ogni mole di X aggiunto alla miscela. I volumi parziali molari dei componenti di una miscela variano con la composizione della miscela stessa in quanto varia l’intorno delle molecole e la conseguente alterazione delle interazioni tra le molecole.
Il volume parziale molare VJ di una sostanza J presente in una miscela è dato da: VJ =(∂V/ ∂nJ)p,T,n‘. In cui n’ indica che la quantità di tutte le altre sostanze è tenuta costante. Il volume parziale molare è la pendenza della curva del volume totale quando la quantità di J varia mantenendo costanti tutte le altre variabili.
Si noti che il volume parziale molare può assumere valori negativi. Ad esempio, il volume parziale molare del solfato di magnesio in acqua è –1.4 cm^3/mol, implicando che aggiungendo una mole di solfato di magnesio ad un grande volume di acqua si verifica che il volume diminuisce di 1.4 cm^3, a causa del fatto che il sale rompe la struttura dell’acqua non appena gli ioni diventano idratati.
Il metodo più comune per misurare i volumi parziali molari consiste nel misurare la dipendenza del volume di una soluzione con la composizione. Il volume osservato può essere adattato a una funzione della composizione e la pendenza della funzione può essere determinata a qualsiasi composizione.
