Tensione di vapore e soluti volatili: esercizi svolti

Tensione di vapore e soluti volatili: calcolo della pressione e della composizione

La pressione esercitata dal vapore del solvente su una soluzione è determinata dalla frazione molare del solvente e la tensione di vapore del solvente puro a quella temperatura. Secondo la legge di Raoult, la pressione esercitata dal vapore del solvente sopra una soluzione ideale, P_A, è uguale al prodotto della frazione molare del solvente nella soluzione X_A per la tensione di vapore del solvente puro a quella temperatura P°_A:

P_A = P°_A X_A

In presenza di soluti volatili, bisogna tener conto sia della pressione esercitata dal soluto volatile che della pressione del solvente, la cui somma dà la tensione di vapore della soluzione.

Esercizi svolti

1)

Alla temperatura di 25.0 °C sono mescolati 30.0 mL di pentano avente densità 0.626 g/mL e tensione di vapore di 511 torr con 45.0 mL di esano avente densità 0.655 g/mL e tensione di vapore di 150 torr. Supponendo un comportamento ideale, si calcola la tensione di vapore della soluzione e la composizione espressa in termini di frazione molare del vapore in equilibrio con la soluzione.

La massa del pentano è 18.8 g, mentre la massa dell’esano è 29.5 g. Calcolando le moli dei due componenti si ottiene 0.260 per il pentano e 0.338 per l’esano, con un totale di 0.598 moli. Le frazioni molari risultano essere 0.435 per il pentano e 0.565 per l’esano. La tensione di vapore della soluzione è di 307.1 Torr, mentre le frazioni molari nel vapore sono 0.724 per il pentano e 0.276 per l’esano.

2)

Alla temperatura di 333 K, la sostanza A ha una tensione di vapore pari a 1.0 atm e la sostanza B ha una tensione di vapore pari a 0.20 atm. Dopo aver preparato una soluzione mescolando A e B e trovato che il vapore contiene lo stesso numero di moli di A e di B, si calcola la frazione molare di A nella soluzione che risulta essere 0.17.

3)

In una soluzione di ciclopentano e cicloesano contenuti in rapporto 1:3 e con tensioni di vapore rispettivamente di 331 mm Hg e 113 mm Hg a 25 °C, si calcola la frazione molare del ciclopentano nel vapore in equilibrio con la soluzione. La frazione molecolare del ciclopentano è pari a 0.494 mm Hg.

4)

Una soluzione al 18.2% m/m contiene un elettrolita avente peso molecolare pari a 162.2 g/mol. Dopo aver calcolato che l’elettrolita si dissocia in 4 ioni, si trova che la frazione molare del soluto è 0.0241 e che la frazione molare dell’acqua è 0.904.

In conclusione, la comprensione della tensione di vapore e della composizione delle soluzioni è fondamentale per comprendere il comportamento dei soluti volatili. La risoluzione di esercizi come quelli qui discussi consente di applicare le leggi della chimica e di acquisire competenze pratiche importanti.