Chimica generale/Concentrazione

Indice del libro

GeneralitàChimica_generale/Generalità Teoria atomicaChimica generale/Teoria atomica Il legame chimicoChimica generale/Il legame chimico IoniChimica generale/Ioni Sistema periodico degli elementiChimica generale/Sistema periodico degli elementi Tavola periodicaChimica generale/Tavola periodica Gruppi e periodi Proprietà periodicheChimica generale/Proprietà periodiche Raggio atomicoChimica generale/Raggio atomico Metalli di transizioneChimica generale/Metalli di transizione SoluzioniChimica generale/Soluzioni SolubilitàChimica generale/Solubilità ConcentrazioneChimica generale/Concentrazione

DistillazioneChimica generale/Distillazione Proprietà colligativeChimica generale/Proprietà colligative ElettrolitiChimica generale/Elettroliti Grado di dissociazioneChimica generale/Grado di dissociazione Conducibilità elettrolitica Acidi e basiChimica generale/Acidi e basi TermodinamicaChimica generale/Termodinamica Variabili termodinamicheChimica generale/Variabili termodinamiche Stati di aggregazioneChimica generale/Stati di aggregazione Legge dei gas idealiChimica generale/Legge dei gas ideali Cinetica chimicaChimica generale/Cinetica chimica Equilibrio chimicoChimica generale/Equilibrio chimico Costanti di equilibrioChimica generale/Costanti di equilibrio

Principio di Le ChâtelierChimica generale/Principio di Le Châtelier Isocora di Van't Hoff ElettrochimicaChimica generale/Elettrochimica Reazione redoxChimica generale/Reazione redox PilaChimica generale/Pila Equazione di NernstChimica generale/Equazione di Nernst Pila a concentrazioneChimica generale/Pila a concentrazione AccumulatoreChimica generale/Accumulatore Appendici CostantiChimica generale/Costanti Potenziali standard di riduzioneChimica generale/Potenziali standard di riduzione Elementi chimici e loro proprietà NomenclaturaChimica generale/Nomenclatura

La concentrazione di una soluzione chimica esprime il rapporto tra la quantità di un singolo componente (soluto) e la quantità totale dei componenti della miscela in cui è disciolto (compreso il soluto stesso). Essa può essere espressa in differenti modi. Se la quantità di soluto nel solvente supera dei limiti pre stabiliti la soluzione viene detta satura. Questo lo si può notare anche visivamente vedendo che la soluzione non forma un amalgama ma solvente e soluto sono distinguibili separatamente

Concentrazione espressa in unità fisiche

Percentuale in massa [massa % oppure % m/m]

Esprime la massa di soluto (in grammi) contenuta in 100 g di soluzione. Si calcola moltiplicando per 100 il rapporto tra la massa in grammi del soluto ed la massa in grammi della soluzione (massa in grammi di solvente + massa in grammi di soluto).

$\%{m \over m}={\frac {m_{soluto}[g]}{m_{soluzione}[g]}}\cdot 100$

Percentuale peso/volume [% m/V]

Esprime la massa di soluto (in grammi) contenuta in 100 ml di soluzione. Si calcola moltiplicando per 100 il rapporto tra la massa in grammi del soluto e il volume in millilitri della soluzione (ml solvente + ml soluto).

$\%{m \over V}={\frac {m_{soluto}[g]}{V_{soluzione}[ml]}}\cdot 100$

Percentuale in volume [volume % oppure % V/V]

Esprime il volume di un soluto (in millilitri) contenuta in 100 ml di soluzione. Si calcola moltiplicando per 100 il rapporto tra i millilitri del soluto e i millilitri della soluzione (ml solvente + ml soluto).

$\%{V \over V}={\frac {V_{soluto}[ml]}{V_{soluzione}[ml]}}\cdot 100$

Parti per milione [ppm]

Sono un'unità di misura utilizzata per indicare livelli estremamente bassi di concentrazione di un elemento chimico o di un qualsiasi soluto. Il valore delle ppm è equivalente alla quantità assoluta frazionale moltiplicata per un milione. Un milligrammo è una parte per milione del chilogrammo, quindi, dire che una sostanza ha un certo valore espresso in parti per milione è come dire "milligrammi per ogni chilogrammo".

$ppm={\frac {m_{soluto}[mg]}{m_{soluzione}[Kg]}}$

Concentrazione espressa in unità chimiche

Frazione molare [χ]

Esprime il rapporto tra il numero di moli di un componente (soluto o solvente) e il numero di moli totali presenti in soluzione. Le frazioni molari assumono valori sempre compresi tra 0 e 1 e la somma delle frazioni molari di tutti i componenti di una soluzione è sempre uguale ad 1.

$\chi _{soluto}={\frac {n_{soluto}[mol]}{n_{soluzione}[mol]}}$

$\chi _{solvente}={\frac {n_{solvente}[mol]}{n_{soluzione}[mol]}}$

Molarità [M]

Esprime il numero di moli di soluto contenute in un litro di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra le moli di soluto e il volume della soluzione (l solvente + l soluto). Viene spesso indicata con la formula bruta del soluto racchiusa tra parentesi quadre (ad esempio [H⁺]).

$M={\frac {n_{soluto}[mol]}{V_{soluzione}[l]}}$

Molalità [m]

Numero di moli di soluto contenute in 1 kg di solvente. Si calcola moltiplicando per 1000 (g/Kg) il rapporto tra le moli di soluto e la massa in g di solvente. Viene spesso preferita alla molarità perché indipendente dalla temperatura (vedi Proprietà colligative delle soluzioni).

$m={\frac {n_{soluto}[mol]}{m_{solvente}[g]}}*1000[g/Kg]$

Normalità [N]

Esprime il numero di equivalenti di soluto disciolti in un litro di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra il numero di equivalenti del soluto e il volume della soluzione (l solvente + l soluto). Si può più facilmente calcolare moltiplicando la molarità per la valenza, dove la valenza è il prodotto dei coefficienti stechiometrici dei prodotti.

$N={\frac {eq_{soluto}}{V_{soluzione}[l]}}$

Calcolo degli equivalenti

Per il calcolo degli equivalenti bisogna innanzitutto determinare il numero equivalente ${\mathit {Z}}$, secondo questi criteri:

• Per le reazioni acido-base è uguale al numero di H⁺ od OH^- scambiati
• Per le reazioni RedOx è uguale al numero di elettroni scambiati
• Per le reazioni di doppio scambio è uguale al numero di cariche (positive o negative) che il sale libera dissociandosi
  

Quindi è possibile determinare la massa equivalente (PE) od il numero di equivalenti (n_eq):

• $\mathrm {PE} \left[{\frac {g}{eq}}\right]={\frac {MM\left[{\frac {g}{mol}}\right]}{Z\left[{\frac {eq}{mol}}\right]}}$
• $\mathrm {n_{eq}} =\mathrm {mol\cdot Z\left[{\frac {eq}{mol}}\right]}$
  

E' importante sottolineare il numero di equivalenti è sempre uguale o superiore al numero di moli.

Esempi di esercizi svolti

Calcoliamo la concentrazione di 5,845 grammi (dunque 0,1 moli) di NaCl in 1 litro (1 kilogrammo, dunque 55,55 moli) di acqua.

• %m/m_NaCl = 5,845 g * 100 g / 1000 g = 0,5845 %
• X_NaCl = 0,1 mol / 55,55 mol = 1,8 · 10^-3
• M_NaCl = [NaCl] = 0,1 mol / 1 l = 0,1 mol/l = 0,1 M
• m_NaCl = 0,1 mol / 1 Kg = 0,1 mol/Kg = 0,1 m
• N_NaCl = 0,1 mol/l * 1 eq/mol = 0,1 eq/l