Pressione osmotica ed equilibrio

La Pressione Osmotica: Calcolo dell’Indice di vant’Hoff in Soluzioni Elettrolitiche

La pressione osmotica è una proprietà colligativa delle soluzioni che dipende dall’indice di vant’Hoff, specialmente per gli elettroliti. Gli elettroliti sono sostanze, come acidi, basi e sali, che subiscono dissociazione elettrolitica in soluzione. Per esempio, l’acido cloridrico si dissocia secondo la reazione: HCl → H⁺ + Cl^–. Questo fenomeno si applica anche all’idrossido di sodio e al cloruro di sodio.

Nel calcolo delle proprietà colligative, l’indice di vant’Hoff esprime il numero di ioni prodotti dalla dissociazione di un soluto. Quando si tratta di elettroliti forti, completamente dissociati, il calcolo dell’indice di vant’Hoff è diretto e semplice. Prendiamo ad esempio il KCl che si dissocia in Na⁺ e Cl^–, il suo valore è 2, e per il Mg(NO₃)₂ che si dissocia in Mg²⁺ e 2 NO₃^– il valore è 3.

Nel caso di elettroliti deboli, come un acido debole, ad esempio HF, l’indice di vant’Hoff è correlato alla costante acida o al grado di dissociazione dell’acido. La pressione osmotica π è data dalla formula: π = CRT i, dove C è la concentrazione molare, R la costante dei gas, T la temperatura in gradi Kelvin e i l’indice di vant’Hoff.

Esercizi Svolti

1) Per calcolare la costante acida del generico acido debole monoprotico HA che esercita una pressione osmotica di 200.0 torr a 25.0 °C avendo una concentrazione di 0.0100 M, iniziamo convertendo la pressione in atmosfere: π = 200.0 / 760 = 0.263 atm; la temperatura, in Kelvin, è pari a 25.0 + 273 = 298 K. Applichiamo la definizione di pressione osmotica sostituendo i dati noti, ottenendo i = 1.0761. Tale indice si riferisce a una concentrazione 1.00 M, mentre nel nostro caso con una concentrazione di 0.0100 M, la somma delle concentrazioni delle varie specie presenti all’equilibrio è pari a 0.010761 M.

Dalla dissociazione dell’acido debole monoprotico HA si ricava la concentrazione molare di H⁺ e A^–, e utilizzandola per calcolare la costante acida K_a otteniamo: K_a = 6.27 ∙ 10^-5.

2) Per calcolare il grado di dissociazione percentuale di un acido nitroso, partiamo con i calcoli della pressione osmotica e poi procediamo con la sostituzione dei dati noti ottenendo i = 0.03842 M. Il grado di dissociazione percentuale dell’acido nitroso risulta pari al 9.77%.

Riscuotere successo attraverso l’ausilio di esempi pratici risulta sempre utile per comprendere appieno concetti complessi come la pressione osmotica e l’indice di vant’Hoff nelle soluzioni elettrolitiche.