Proprietà colligative delle soluzioni: esercizi svolti e commentati
Le proprietà colligative delle soluzioni sono fenomeni che dipendono esclusivamente dal numero di particelle presenti in una soluzione, indipendentemente dalla loro natura chimica. Le quattro principali proprietà colligative sono l’innalzamento ebullioscopico, l’abbassamento crioscopico, la pressione osmotica e l’abbassamento della tensione di vapore.
Esercizi
1) Calcolo del peso molecolare di una proteina
Una soluzione acquosa di volume 10.0 mL contiene 0.0250 g di una proteina di peso molecolare incognito. Sapendo che la pressione osmotica della soluzione alla temperatura di 25.0 °C è di 0.00360 atm, il calcolo del peso molecolare della proteina può essere effettuato secondo l’espressione π = CRT, dove C è la concentrazione molare della soluzione, R è la costante universale dei gas e T è la temperatura in gradi Kelvin. Dopo i calcoli, si ottiene un peso molecolare di 1.67 ∙ 10^4 g/mol.
2) Determinazione del peso molecolare di un composto non volatile
A temperatura ambiente, una massa di 18.26 g di un composto non volatile viene sciolta in 33.25 g di bromoetano CH3CH2Br. La tensione di vapore della soluzione è di 4.42 ∙ 10^4 Pa. Utilizzando la legge di Raoult e altri calcoli, si ottiene un peso molecolare del composto non volatile di 314.8 g/mol.
3) Calcolo della massa di cloruro di magnesio esaidrato
Per ottenere 1.00 L di una soluzione di cloruro di magnesio esaidrato che esercita una pressione osmotica di 6.00 atm a 37.0 °C, è necessario calcolare la massa di cloruro di magnesio. Considerando la concentrazione totale dei ioni e altri parametri, si stabilisce la massa necessaria di cloruro di magnesio esaidrato come pari a 16.0 g.
4) Determinazione della concentrazione molare di NaCl in una soluzione
Assumendo che la concentrazione di tutti gli altri sali sia trascurabile, la concentrazione molare di NaCl presente in un campione di acqua di mare con una temperatura di congelamento di -2.15 °C alla pressione di 1 atm e una densità di soluzione di 1.00 g/mL viene calcolata. Si ottiene una concentrazione molare di 0.559.
5) Calcolo della tensione di vapore di una soluzione
La tensione di vapore a 25°C di una soluzione al 20.0% m/m di un non elettrolita con peso molecolare di 121.3 g/mol viene calcolata. Utilizzando la legge di Raoult, si ottiene una tensione di vapore della soluzione di 22.9 torr.
6) Determinazione della frazione molare del benzene in una soluzione
Sapendo che la tensione di vapore di una soluzione è di 500 torr e che le tensioni di vapore del benzene e del toluene sono rispettivamente di 745 torr e 290 torr, viene calcolata la frazione molare del benzene nella soluzione, risultando essere 0.462.
7) Calcolo della temperatura di congelamento e di ebollizione di una soluzione
Dopo aver sciolto 257.0 g di naftalene in 500.0 g di cloroformio, la temperatura di congelamento e di ebollizione della soluzione viene calcolata. Si ottengono rispettivamente -82.4 °C e 76.3 °C.
8) Calcolo della tensione di vapore di una soluzione e delle frazioni molari
Nel caso di una soluzione contenente acetone e cloroformio in quantità equimolari, viene calcolata la tensione di vapore della soluzione e la frazione molare di ciascun componente nella fase gassosa. Si ottiene una tensione di vapore della soluzione di 319 torr, con una frazione molare dell’acetone pari a 0.541 e una frazione molare del cloroformio pari a 0.459.
In conclusione, le proprietà colligative delle soluzioni trovano molteplici applicazioni pratiche e la loro comprensione è fondamentale in diversi campi scientifici e tecnologici.