Stechiometria-Concentrazione delle soluzioni

La concentrazione delle soluzioni si può esprimere in vari modi. Un modo per esprimere la concentrazione delle soluzioni è quello che rappresenta la percentuale in massa o in volume di un soluto rispetto alla soluzione. Per soluzioni in cui soluto e solvente sono liquidi si può usare la percentuale in volume.

Un altro modo per esprimere la concentrazione delle soluzioni è la densità data dal rapporto tra massa e volume.

Vi sono poi unità di misura in cui sono presenti le moli ovvero:

• Molarità  (o anche M)
• Molalità (o anche m)
• Frazione Molare (X) di un dato componente A di una soluzione
• Normalità

Le soluzioni sono sistemi omogenei costituiti da soluto e solvente la cui composizione quantitativa o titolo si esprime mediante la concentrazione , cioè la quantità di soluto contenuto in una determinata quantità di soluzione.

Formulario

% m⁄m = massa soluto (g) / massa soluzione (g) × 100

% V⁄V = volume soluto (mL) / volume soluzione (mL) × 100

M = moli soluto (n)/volume soluzione  (L)

% m⁄V= massa soluto (g) /volume soluzione (mL) × 100

m = moli soluto (n) / massa solvente (Kg)

Xa = moli di A / moli totali

N = numero di equivalenti (Eq) / volume (L)

Il numero di equivalenti è dato da :

Eq = g / (P.E.)

Per calcolare il peso equivalente P.E. si usa la seguente formula :

P.E. = (P.M.) / N

Per stabilire il valore numerico di N valgono le seguenti regole :

acidi N = numero di ioni H⁺ che l’acido libera (Esempio : per HCl N = 1 ; per H₂SO₄  N = 2 .

 basi N = numero di ioni OH^– che la base libera (Esempio : per NaOH N = 1 ; per Fe(OH)₃  N =3.

Nelle reazioni redox N = numero di elettroni ceduti o acquistati da una mole di sostanza.

d =massa (g) / volume (mL)

Esercizi

• Calcolare il numero di grammi di NaOH (P.M. = 39.997 g/mol) contenuti in 250 mL di soluzione 0.180 M

Moli = 0.180 mol/L · 0.250 L = 0.0450

Massa = 0.0450 mol · 39.997 g/mol = 1.80 g

• Calcolare la normalità di una soluzione di KMnO₄ (P.M. = 158.038 g/mol) contenente 3.84 grammi di soluto in 0.500 litri di soluzione riferita al processo in cui KMnO₄ si riduce in ambiente acido per H₂SO₄ a MnSO_4.

Per determinare N consideriamo la semireazione di riduzione MnO₄^–  → Mn²⁺che, bilanciata, dà :

MnO₄^–  + 8H⁺ + 5e^– → Mn²⁺ + 4H₂O

Pertanto N = 5P.E. = 158.038 /5 = 31.61Eq =3.84 / 31.61 = 0.121N= 0.121 /0.500 = 0.242

• Si dispone di una soluzione di H₂SO₄ (P.M. = 98.078 g/mol) al 53.6 % m/m .

Sapendo che la densità è 1.44 g/mL , calcolare : Molarità, Molalità, Frazione molare e Normalità relativa al processo acido base in cui si formano sali neutri.

Consideriamo 1.00 L di questa soluzione.

massa soluzione = 1000 mL∙ 1.44 g/ mL = 1440 g

1440∙ 53.6 / 100 = 772 g/L   di H₂SO₄

corrispondenti a  772 / 98.078 = 7.87  M

Poiché in 1440 grammi di soluzione sono contenuti 772 grammi di acido la massa di solvente e pari a 1440 – 772 = 668 g

m =787 / 0.668 Kg= 11.8

moli di H₂O sono pari  a  668 /18.02 = 37.1

X H₂SO₄= 7.87 / 7.87+37.1 = 0.175

Per i processi in cui H₂SO₄ agisce come acido diprotico N = 2

P.E.= 98.078 / 2= 49.04

Eq=772/49.039 = 15.7

Essendo stato considerato 1.00 L di soluzione

N= 15.7 / 1.00 = 15.7