Attività e concentrazione degli elettroliti. Esercizi svolti

Concentrazione e attività degli elettroliti – Esercizi svolti

Nel contesto dello studio delle soluzioni elettrolitiche, è necessario considerare due aspetti fondamentali:

1) Il numero di particelle presenti nelle soluzioni è sempre maggiore rispetto a quello previsto in condizioni di non dissociazione. Tutto ciò influenza il calcolo di alcune proprietà delle soluzioni, come le proprietà colligative, che sono legate al numero di particelle in soluzione, indipendentemente dalla loro natura.

2) Tra gli ioni presenti nella soluzione di un elettrolita, si verificano forze di attrazione elettrostatica che comportano un comportamento diverso della soluzione rispetto a quello previsto in assenza di tali forze.

Tali forze impediscono ad un numero più o meno grande di ioni di essere indipendenti l’uno dall’altro; di conseguenza, la massa attiva, definita come attività, del soluto è minore della concentrazione analitica iniziale.

Attività

L’attività, rappresentata dal simbolo “a”, indica la concentrazione effettiva di un soluto in soluzione, ovvero il numero effettivo di particelle che prendono parte attiva a un dato fenomeno. La relazione tra la concentrazione molare “c” di un soluto e la sua attività “a” è definita dalla formula “a = f ∙ c”, dove “f” è il coefficiente di attività del soluto. Tale coefficiente può variare tra 0 e 1: 0 < f < 1. In soluzioni molto diluite, in cui le interazioni tra le cariche degli ioni sono di minima entità a causa della solvatazione, il coefficiente di attività tende a 1 e quindi attività e concentrazione coincidono. Al contrario, in soluzioni più concentrate, il coefficiente di attività è inferiore a 1, e quindi "a" è minore di "c" a causa delle forti interazioni tra le particelle ioniche.

Equazione di Debye e Huckel

La legge di Debye e Huckel, definita da Lewis, Randall, Debye e Huckel, consente di calcolare il coefficiente di attività medio di un elettrolita binario in soluzione mediante l'equazione: [log f_m = A Z_c Z_a √μ/ (1 + B d √μ)] dove "f_m" rappresenta il coefficiente di attività medio dell'elettrolita binario, "Z_c" è la carica, in valore assoluto, del catione dell'elettrolita, "Z_a" è la carica, in valore assoluto, dell'anione dell'elettrolita, "d" è il valore medio del diametro degli ioni idratati e "μ" è la forza ionica della soluzione.

Esercizi

1. Calcolo della forza ionica di una soluzione contenente ioni Na⁺, Ca²⁺, Cl^–, SO₄^{2-i Z_i2}, ottieniamo un valore di 1.00 per la forza ionica di tale soluzione.

2. Calcolo della forza ionica di una soluzione 0.01 M di CaCl₂.

Applicando l’equazione, otteniamo un valore di 0.03 per la forza ionica di questa soluzione.

3. Calcolo a 25°C del coefficiente di attività medio dell’acido cloridrico in una soluzione 0.1 M, noto il diametro medio degli ioni dell’elettrolita (6 Å) e le costanti A e B (0.509 e 0.328).

Applicando l’equazione di Debye e Huckel, otteniamo un coefficiente di attività medio pari a 0.79 per la soluzione.

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