Le soluzioni diluite mostrano particolari proprietà dette proprietà colligative che dipendono solo dal numero di particelle di soluto nella soluzione. Spesso dalle proprietà colligative si risale al peso molecolare del soluto
Le proprietà colligative sono:
Innalzamento ebullioscopico
Si verifica l’aumento della temperatura di ebollizione della soluzione rispetto al solvente puro. Esso è direttamente proporzionale tramite una costante Keb tipica per ogni solvente alla molalità della soluzione e, nel caso di una soluzione elettrolitica, all’indice di van’t Hoff
Abbassamento crioscopico
Si verifica la diminuzione della temperatura di solidificazione della soluzione rispetto al solvente puro. Esso è direttamente proporzionale tramite una costante Kf tipica per ogni solvente alla molalità della soluzione e, nel caso di una soluzione elettrolitica, all’indice di van’t Hoff
Pressione osmotica
Quando due soluzioni contenenti lo stesso solvente hanno concentrazioni diverse e sono separate da una membrana semipermeabile il solvente della soluzione più diluita tenderà a migrare verso la soluzione più concentrata per uguagliare le due concentrazioni. La pressione che bisogna esercitare affinché non avvenga il passaggio di solvente è detta pressione osmotica.
Abbassamento della tensione di vapore
Si verifica nelle soluzioni e la tensione di vapore della soluzione è inferiore a quella del solvente puro. L’abbassamento della tensione di vapore della soluzione è direttamente proporzionale alla tensione di vapore del solvente puro tramite la frazione molare del solvente.
Esercizi sulle proprietà colligative
- La temperatura di congelamento di un campione di acqua di mare è pari a – 2.15 °C. Assumendo che le concentrazioni degli altri soluti siano trascurabili determinare la molalità di NaCl nel campione. Per l’acqua Kf = 1.86 °C kg mol-1
La formula da applicare è: ΔT = m · Kf ·i
Dove ΔT è la differenza della temperatura di congelamento del solvente puro e quella della soluzione, m è la molalità e i è l’indice di van’t Hoff.
Poiché la temperatura di congelamento dell’acqua è di 0 °C il valore di ΔT è pari a 2.15.
Per NaCl che si solubilizza liberando ioni Na+ e Cl– l’indice di van’t Hoff vale 2
Sostituendo 2.15 = m · 1.86 · 2
Quindi m = 2.15/1.86 · 2 =0.578
- Una soluzione acquosa avente volume di 10.0 mL contiene 0.0250 g di una proteina. Determinarne la massa molare sapendo che la pressione osmotica è di 0.00360 atm a 20.0 °C
La formula da applicare è: π = CRT dove C è la concentrazione della soluzione, R è la costante universale dei gas e T è la temperatura espressa in gradi Kelvin
T = 20.0 + 273 = 293 K
Sostituendo si ha: 0.00360 = C · 0.0821 · 293
Da cui C = 0.000150 M
Moli = molarità · V = 0.000150 · 0.0100 L = 1.50 · 10-6
Massa molare = 0.0250 g/1.50 · 10-6 mol = 1.67 · 104 g/mol
- Calcolare la massa molare di un composto non volatile di massa 18.26 g che viene solubilizzato in 33.25 g di bromoetano CH3CH2Br sapendo che a 21°C la tensione di vapore del bromoetano è di 5.26 · 104 Pa mentre la una tensione di vapore della soluzione è di 4.42 · 104 Pa
Per la legge di Raoult p = p° X
Dove p è la tensione di vapore della soluzione, p° è la tensione di vapore del solvente puro e X è la frazione molare del solvente
La massa molare del bromoetano è pari a 108.96 g/mol
Le moli di bromoetano sono pari a: n = 33.25 g/ 108.96 g/mol = 0.305
Sostituiamo i dati noti nell’espressione della legge di Raoult: 4.42 · 104 Pa = 5.26 · 104 Pa X
Da cui X = 0.840
La frazione molare X del solvente è pari a: X = 0.840 = moli Bromoetano/moli bromoetano + moli composto
Dette x le moli del composto incognito si ha 0.840 = 0.305/x + 0.305 0.840 x + 0.256 = 0.305 0.840 x = 0.049
Da cui x = 0.0583 = moli del composto
Massa molare = 18.26/0.0583 = 313 g/mol
- Calcolare la pressione osmotica a 37°C di una soluzione ottenuta solubilizzando 3.5 g di cloruro di sodio NaCl (MM= 58.44 g/mol), 2.9 g di citrato di sodio Na3C6H5O7 (MM = 258.06 g/mol), 1.5 g di cloruro di potassio KCl (MM = 74.55 g/mol) e 20.0 g di glucosio C6H12O6 (MM = 180.156 g/mol) fino a ottenere un volume pari a 1.0 L
Calcoliamo le moli di ogni soluto: Moli di NaCl = 3.5 g/58.44 g/mol =0.060
Poiché per NaCl che si solubilizza in Na+ e Cl– l’indice di van’t Hoff vale 2 la concentrazione di tali ioni è data da CNaCl = 0.060 · 2/1.0 L = 0.12 M
Moli di citrato di sodio = 2.9/ 258.06 g/mol = 0.011
Il citrato di sodio si solubilizza dando 3 Na+ e C6H5O73- pertanto l’indice di van’t Hoff vale 4.
La concentrazione di tali ioni è data da C Na3C6H5O7 = 0.011 · 4 / 1.0 L = 0.044 M
Moli di KCl = 1.5 g/ 74.55 g/mol =0.020
Poiché per KCl che si solubilizza in K+ e Cl– l’indice di van’t Hoff vale 2 la concentrazione di tali ioni è data da CKCl = 0.020 · 2/1.0 L = 0.040 M
Moli di glucosio = 20.0/ 180.156 g/mol = 0.111
Il glucosio è un non elettrolita e pertanto l’indice di van’t Hoff vale 1
C C6H12O6 = 0.111/1.0 L = 0.11 M
La concentrazione totale è data da: C = 0.12 + 0.044 + 0.040 + 0.11 = 0.31 M T = 37 + 273 = 310 K
Da cui π = 0.31 · 0.0821 · 310 = 8.0 atm