Chimica generale/Proprietà colligative: differenze tra le versioni

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Le proprietà colligative sono proprietà delle soluzioni che non dipendono dalla natura di particelle di soluto presenti in soluzione ma solo dal loro numero. Esse sono:

abbassamento della tensione di vapore
innalzamento ebullioscopico
abbassamento crioscopico
pressione osmotica

Le proprietà colligative sono proprietà delle soluzioni di un soluto non volatile in un solvente volatile che dipendono esclusivamente dalla concentrazione, ovvero dal numero di particelle di soluto in soluzione (molecole o ioni) e non dalla loro natura.

Abbassamento della tensione di vapore

La tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro. Per la legge di Raoult, la tensione di vapore di una soluzione ideale (P_sol) è pari alla somma delle tensioni di vapore dei componenti, ciascuna moltiplicata per la rispettiva frazione molare nella fase liquida.

Ne consegue che la tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro.

Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico

L'aggiunta di un soluto non volatile a un solvente dà luogo a una soluzione il cui punto di ebollizione è maggiore (innalzamento ebullioscopico) e il cui punto di congelamento è minore (abbassamento crioscopico) di quello del solvente puro. L'entità dell'effetto è proporzionale alla molalità|concentrazione molale (m) della soluzione secondo le relazioni:

T_eb soluzione - T_eb solvente = Δ T_eb = K_eb · m

T_c solvente - T_c soluzione = Δ T_c = K_c · m

dove: K_eb = costante ebullioscopica molale del solvente e K_c = costante crioscopica molale del solvente.

K_eb e K_c sono costanti caratteristiche per ogni solvente.

Osmosi e pressione osmotica

Separando due soluzioni a diversa concentrazione (o una soluzione e il suo solvente) con una membrana semipermeabile, cioè permeabile solo al solvente e non al soluto, si verifica il fenomeno dell'osmosi che consiste nel movimento netto del solvente attraverso la membrana dalla soluzione più diluita a quella più concentrata (o dal solvente puro verso la soluzione), fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio. Il risultato di ciò è l'innalzamento del livello della soluzione più concentrata rispetto a quella più diluita (o al solvente puro). La pressione che occorre applicare sulla soluzione più concentrata per riportarla al livello di quella più diluita è detta pressione osmotica.

La pressione osmotica (π) di una soluzione in cui il soluto non è un elettrolita si calcola mediante una relazione molto simile a quella dell'equazione di stato dei gas ideali:

π · V = n · RT, da cui π = ${\frac {n}{V}}$ · R · T = M · R · T

Confrontando la pressione osmotica di due soluzioni:

se π_A = π_B ↔ le due soluzioni sono isotoniche l'una rispetto all'altra;
se π_A > π_B ↔ la soluzione A è ipertonica rispetto alla soluzione B e la soluzione B è ipotonica rispetto alla soluzione A.

Concludendo, se due soluzioni aventi diversa pressione osmotica sono separate da una memebrana semipermeabile si ha passaggio netto di solvente dalla soluzione ipotonica (meno concentrata) a quella ipertonica (più concentrata) fino al raggiungimento di una condizione di equilibrio.

Proprietà colligative nelle soluzioni elettrolitiche

Dato che un elettrolita in soluzione si dissocia in ioni, una mole di elettrolita in soluzione libera più particelle di una mole di un non elettrolita e ha quindi maggior effetto sulle proprietà colligative.

Per calcolare l'effetto sulle proprietà colligative indotto dalla presenza di un elettrolita è necessario considerare il numero di particelle in cui l'elettrolita si dissocia, introducendo nella formula un coefficiente detto "di Van't Hoff" (i).
Assumendo che gli ioni siano indipendenti gli uni dagli altri i è il numero di ioni in cui l'elettrolita è dissociato. Nel caso in cui il soluto sia un elettrolita, l'innalzamento ebullioscopico (Δ T_eb) e l'abbassamento crioscopico (Δ T_c) si callcolano tramite le formule seguenti:

Δ T_eb = K_eb · m · i;
Δ T_c = K_c · m · i;

Analogamente, per il calcolo della pressione osmotica per soluzioni di elettroliti, vale la relazione:

π = M · RT · i

In modo alternativo, per calcolare la pressione osmotica si può utilizzare l'espressione dell'osmolarità

Osmolarità

L'osmolarità è un'espressione della concentrazione di una soluzione che sottolinea il numero di particelle di soluto presenti nella soluzione stessa.

L'osmolarità esprime il numero di osmoli di soluto contenute in un litro di soluzione, dove il numero di osmoli si calcola moltiplicando il numero di moli per il coefficiente i. Si ha quindi:

OSM = ${\frac {n_{osm}}{(V)(l)}}$ ma n_osm = n · i

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 ==Abbassamento della tensione di vapore==
-La '''[[tensione di vapore]]''' di una [[soluzione]] contenente un [[soluto]] non volatile è sempre inferiore a quella del [[solvente]] puro. Per la legge di ''Raoult'', la [[tensione di vapore]] di una soluzione ideale (P<sub>sol</sub>) è pari alla somma delle tensioni di vapore dei componenti, ciascuna moltiplicata per la rispettiva [[frazione molare]] nella fase liquida.
+La '''tensione di vapore''' di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro. Per la legge di ''Raoult'', la tensione di vapore di una soluzione ideale (P<sub>sol</sub>) è pari alla somma delle tensioni di vapore dei componenti, ciascuna moltiplicata per la rispettiva frazione molare nella fase liquida.
-Ne consegue che la [[tensione di vapore]] di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro.
+Ne consegue che la tensione di vapore di una soluzione contenente un soluto non volatile è sempre inferiore a quella del solvente puro.
 ==Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico==
-L'aggiunta di un [[soluto]] non volatile a un [[solvente]] dà luogo a una [[soluzione]] il cui punto di [[ebollizione]] è maggiore ('''innalzamento ebullioscopico''') e il cui punto di [[congelamento]] è minore ('''abbassamento crioscopico''') di quello del solvente puro. L'entità dell'effetto è proporzionale alla [[molalità|concentrazione molale]] (''m'') della soluzione secondo le relazioni:
+L'aggiunta di un soluto non volatile a un solvente dà luogo a una soluzione il cui punto di ebollizione è maggiore ('''innalzamento ebullioscopico''') e il cui punto di congelamento è minore ('''abbassamento crioscopico''') di quello del solvente puro. L'entità dell'effetto è proporzionale alla molalità|concentrazione molale (''m'') della soluzione secondo le relazioni:
  T<sub>eb</sub> soluzione - T<sub>eb</sub> solvente = &Delta; T<sub>eb</sub> = K<sub>eb</sub> &middot; ''m''</br>
  T<sub>c</sub> solvente - T<sub>c</sub> soluzione = &Delta; T<sub>c</sub> = K<sub>c</sub> &middot; ''m''
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 ==Osmosi e pressione osmotica==
-Separando due soluzioni a diversa [[concentrazione]] (o una [[soluzione]] e il suo [[solvente]]) con una [[membrana]] semipermeabile, cioè permeabile solo al solvente e non al [[soluto]], si verifica il fenomeno dell''''[[osmosi]]''' che consiste nel movimento netto del solvente attraverso la membrana dalla soluzione più diluita a quella più concentrata (o dal solvente puro verso la soluzione), fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio. Il risultato di ciò è l'innalzamento del livello della soluzione più concentrata rispetto a quella più diluita (o al solvente puro). La pressione che occorre applicare sulla soluzione più concentrata per riportarla al livello di quella più diluita è detta '''[[pressione osmotica]]'''.
+Separando due soluzioni a diversa concentrazione (o una soluzione e il suo solvente) con una membrana semipermeabile, cioè permeabile solo al solvente e non al soluto, si verifica il fenomeno dell''''osmosi''' che consiste nel movimento netto del solvente attraverso la membrana dalla soluzione più diluita a quella più concentrata (o dal solvente puro verso la soluzione), fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio. Il risultato di ciò è l'innalzamento del livello della soluzione più concentrata rispetto a quella più diluita (o al solvente puro). La pressione che occorre applicare sulla soluzione più concentrata per riportarla al livello di quella più diluita è detta '''pressione osmotica'''.
-La '''pressione osmotica''' (''&pi;'') di una soluzione in cui il soluto non è un [[elettrolita]] si calcola mediante una relazione molto simile a quella dell'equazione di stato dei gas ideali:
+La '''pressione osmotica''' (''&pi;'') di una soluzione in cui il soluto non è un elettrolita si calcola mediante una relazione molto simile a quella dell'equazione di stato dei gas ideali:
 * ''&pi;'' &middot; V = n &middot; RT, da cui ''&pi;'' = <math>\frac {n} {V}</math> &middot; R &middot; T = M &middot; R &middot; T
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 * ''&pi;'' = M &middot; RT &middot; i
-In modo alternativo, per calcolare la pressione osmotica si può utilizzare l'espressione dell''''[[osmolarità]]'''
+In modo alternativo, per calcolare la pressione osmotica si può utilizzare l'espressione dell''''osmolarità'''
 ===Osmolarità===