Le soluzioni

Materie:Riassunto
Categoria:Chimica

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Testo

Le soluzioni
Per comprendere che cosa è una soluzione bisogna riprendere i concetti di sistema materiale eterogeneo e sistema materiale omogeneo. Nel primo caso abbiamo un miscuglio, cioè un insieme di due o più sostanze, che messe a contatto e mescolate, mantengono le loro caratteristiche chimico-fisiche e continuano ad essere distinguibili a occhio nudo o tutt’al più per mezzo di una lente d’ingrandimento o di un microscopio. Nel secondo caso invece le due o più sostanze, una volta mescolate diventano indistinguibili con qualsiasi mezzo di osservazione e formano una miscela di acqua e zucchero non è altro che una soluzione di un solido in un liquido. In questa unità didattica si ci occuperà delle soluzioni acquose, dove l’acqua, presente in gran quantità, viene chiamata solvente, mentre l’altro componente della soluzione presente in quantità minore, soluto. Quest’ultimo può essere un solido (zucchero, sale), un liquido (alcool), o un gas (anidride carbonica, ossigeno ecc). Quando i componenti come ad esempio, acqua alcool, possono essere mescolati in tutte le proporzioni è impossibile distinguere il soluto dal solvente.
L’acqua viene considerata un ottimo solvente in quanto riesce a disperdere facilmente le particelle che compongono il soluto, grazie alla polarità della sua molecola. Questo spiega perché solo i soluti che hanno le molecole polari sono solubili in acqua, in quanto le interazioni tra le cariche favoriscono la dispersione delle particelle di soluto. I soluti costituiti da molecole apolari come gli idrocarburi e gli oli invece non sono solubili in acqua.
Per far vedere ai discenti se una sostanza si scioglie in acqua o no si può fare il seguente esperimento in laboratorio. Si prendono due bicchieri contenenti acqua, e si versano in essi rispettivamente in uno zucchero e nell’altro olio. Nel primo bicchiere si nota che lo zucchero non si vede più, ma non è sparito, perché se si beve una goccia d’acqua si sente che è dolce. Le sue molecole infatti si sono separate disperdendosi e mescolandosi con quelle dell’acqua. Nel secondo bicchiere si noti invece che l’olio non si mescola con l’acqua e tende a galleggiare sulla sua superficie. Se si agita e si mescola il miscuglio le goccioline di olio si disperdono nella massa d’acqua rimanendo perfettamente riconoscibili. Dopo che si lascia riposare il miscuglio, le gocce d’olio tendono a ritornare in superficie formando uno strato continuo. L’olio e l’acqua dunque sono sostanze immischiabili tra loro.
Il fatto che una sostanza non sia solubile può permettere di separare da essa le sue particelle che sono in sospensione attraverso i processi di filtrazione e di decantazione. Nel primo caso si fa passare il miscuglio attraverso un filtro di carta sistemato sulle pareti di un imbuto, nel secondo si lascia riposare il miscuglio in modo tale che le particelle in sospensione si depositano sul fondo del recipiente e si travasa l’acqua sovrastante il deposito, rimasta pulita in un altro recipiente.
Ogni saluto ha la sua solubilità che è la quantità massima di soluto che può essere disciolta nel solvente. Ogni sostanza ha una sua solubilità particolare in un certo solvente. Ad esempio in 100g. di acqua a 20°C si possono sciogliere 204 g. zucchero mentre nella stessa quantità di acqua si possono sciogliere solo 36 g. di sale. La solubilità viene espressa solitamente come grammi di soluto che possono essere scelti in 100 g. di solvente: solubilità = g. di soluto / 100g. di solvente. Da ciò si può dedurre che la solubilità del sale in acqua a 20° C e 36 g./100g. mentre quella dello zucchero, alla stessa temperatura 204 g./ 100g. La quantità di soluto contenuta in una certa soluzione viene chiamata concentrazione e si ottiene dividendo il numero di grammi di soluto per il numero dei litri della soluzione (concentrazione = g. di soluto/l di soluzione). Quindi se per esempio in due litri di acqua marina ci sono 70 grammi di sale la sua concentrazione é 70 g/2l = 35 g/l ciò equivale a dire che in un litro di acqua marina ci sono 35 grammi di sale. Una soluzione si dice diluita se contiene pochi grammi di soluto, concentrata se ne contiene molti.
Ma la quantità di soluto che può essere sciolta non è infinita. Infatti se, ad esempio, ad una soluzione di acqua e zucchero si continua ad aggiungere quest’ultimo si nota che comincia a depositarsi sul fondo del recipiente. Quando in una soluzione il solvente non riesce più a sciogliere altro soluto si dice che essa è satura. La saturazione di una soluzione si può ottenere o aggiungendo altro soluto o facendo evaporare il solvente come avviene nelle saline, dove nelle grandi vasche dove è racchiusa l’acqua marina che evaporando lascia il sale depositato sul fondo. La presenza del soluto fa si che vari il punto di fusione e quello di ebollizione del solvente. Infatti la presenza delle molecole del soluto interferisce con la capacità delle molecole del solvente di congelare e di evaporare. Se si prende una soluzione acquosa che contiene 15% di sale si può osservare che essa congeli a – 10° C. Questo fenomeno si chiama abbassamento crioscopico e viene sfruttato quando, d’inverno, si mette l’antigelo nel radiatore delle auto o quando si sparge il sale sulle strade quando nevica. La presenza del soluto fa si che l’acqua possa gelare ad una temperatura inferiore a 0° C e possa bollire ad una temperatura superiore ai 100° C (innalzamento ebullioscopico).Infatti in quest’ultimo caso le particelle del soluto impediscono alle molecole del solvente di evaporare. Pertanto il solvente per bollire deve essere portato ad una temperatura maggiore.
L’acqua marina può essere considerata una soluzione complessa in quanto vi sono disciolti una certa quantità di sali, in particolar modo cloruro di sodio e gas come l’ossigeno (9-10 cm3 per litro), importantissimo per la respirazione degli animali acquatici e l’anidride carbonica utilizzata per la fotosintesi dei vegetali acquatici. Il numero di grammi di sale presenti in 1 Kg di acqua marina viene chiamata salinità. Il valore medio di salinità dell'acqua marina è 35 g/ Kg. In base al contenuto salino si possono distinguere vari tipi di acqua. Oltre all’acqua salata del mare vi sono l’acqua salmastra delle regioni costiere che ha una salinità minore e l’acqua dolce dei fiumi, dei laghi e delle acque sotterranee. L’acqua dolce è potabile (si può bere), quando è limpida, trasparente, incolore e non contiene sostanze tossiche, dannose alla salute, né batteri patogeni e né una quantità elevata di sali.
In base alla quantità di sali disciolti, si distinguono le acque oligominerali, che hanno un contenuto estremamente basso di sali, tanto da essere paragonate all’acqua distillata che è completamente pura e le acque minerali che contengono più di un grammo di sali per litro. Poi vi sono le acque termali e termominerali che sgorgano dal sottosuolo a una temperatura variabile dai 20 ai 100 ° C e contengono un certo tipo di sali che li rendono utili per scopi terapeutici ( es. l’acqua di Fiuggi scioglie i calcoli che si formano nell’apparato urinario). Le acque che hanno un elevato contenuto di carbonato di calcio (calcare) vengono chiamate dure e sono dannose perché il calcare produce incrostazioni che causano notevoli danni al funzionamento degli impianti idrici. Questo spiega perché nel ferro da stiro si usa l’acqua distillata.
Se noi poniamo due soluzioni che hanno diversa concentrazione a contatto separate solamente da una membrana semipermeabile, detta osmotica, cioè che si lascia attraversare solo dall’acqua e non dal soluto si nota che l’acqua passa dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata. Il fenomeno, detto osmosi, dura fino a quando le due soluzioni raggiungono la stessa concentrazione.
Per comprendere meglio il fenomeno si può fare il seguente esperimento in laboratorio. Si prende una patata e si taglia in due. Si scava in ciascuna metà una buchetta con un cucchiaio. Nella prima metà si mettono alcune gocce d’acqua, nella seconda zucchero. Dopo un po’ si nota che nel primo caso l’acqua scompare, nel secondo aumenta. Infatti la patata è fatta di cellule, ognuna delle quali è circondata da una membrana semipermeabile che permette gli scambi osmotici. Mentre nel primo caso l’acqua è stata completamente assorbita dalla patata perchè le cellule hanno una soluzione più concentrata rispetto all’acqua, nel secondo lo zucchero è molto più concentrato rispetto alle soluzioni presenti nelle cellule della patata.

Verifica le tue conoscenze
1. Completa le frasi usando il termine corretto.
Vapor acqueo – volume – 4 °C – molecola – evaporazione – 0 °C
a) Un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno formano una ___________ di acqua.
b) Il ___________ è acqua allo stato aeriforme.
c) Quando l’acqua solidifica il suo ___________ aumenta.
d) Nel corso del suo ciclo l’acqua passa per ___________ dallo stato liquido a quello di vapore.
e) Per tutto il tempo in cui l’acqua solidifica in ghiaccio la sua temperatura rimane fissa sul valore di ___________ .
f) L’acqua raggiunge la sua massima densità alla temperatura di ___________ .
2. Spiega che cos’è l’elettrolisi
3. Perché il ghiaccio galleggia sull’acqua?.
4. Indica le varie fasi del ciclo dell’acqua.
5. Che cos’è una soluzione?
6. Quando una soluzione si dice satura?
7. Che cos’è l’adesione dell’acqua?
8. Perchè l’acqua forma una pellicola?
9. Che cos’è la pressione idrostatica?
10. Che cos’è l’umidità dell’aria?
Capacità di formulare ipotesi e di verificarle
1. Se riscaldiamo l’acqua il suo volume aumenta o diminuisce? Motiva la tua risposta.
2. Che cosa succede a una bottiglia piena d’acqua lasciata nel congelatore?
3. Evapora più rapidamente 1 litro di acqua comune o 1 litro di acqua di mare? Motiva la tua risposta.
Comprensione e uso del linguaggio
1. Completa le frasi, scegliendo tra i seguenti termini.
Concentrazione - satura – tensione superficiale – soluzione – solubile
a) Due sostanze che si mescolano intimamente, molecola per molecola, formano una ___________.
b) Una sostanza che si scioglie nell’acqua si dice che è ___________ nell’acqua.
c) La formula g soluto/litri di soluzione indica la ___________ di una soluzione.
d) Quando in un solvente non è più possibile sciogliere dell’altro soluto si dice che la soluzione è ___________ .
e) La forza che tiene insieme le molecole della superficie di un liquido formando una sorta di si chiama ___________ .
PAROLE CHIAVE
1. Ciclo dell’acqua a. Grammi di vapor acqueo contenuti in 1 m3 di aria.
2. Soluzione b. Numero di grammi di soluto che sono contenuti in 1 litro
di soluzione.
3. Solubilità c. Ininterrotto movimento dell’acqua tra oceani, atmosfera e terre emerse.
4. Concentrazione d. Rapporto tra quantità di vapor acqueo effettivamente presente nell’aria e quantità necessaria a portarla a saturazione.
5. Soluzione satura e. Unità di misura della pressione.
6. Abbassamento criscopico f. Fenomeno per cui una soluzione acquosa bolle a temperatura superiore a 100 °C.
7. Innalzamento ebullioscopico g. Fenomeno per cui l’acqua sale di più in un tubo capillare.
8. Salinità h. Soluzione che non può sciogliere altro soluto perchè ne contiene la quantità massima possibile.
9. Capillarità i. Fenomeno per cui una soluzione acquosa congela a temperatura più bassa rispetto all’acqua pura.
10. Tensione superficiale l. Pressione esercitata da una colonna d’acqua.
11. Membrana semipermeabile m. Numero di grammi di sale presenti in 1 kg di acqua.
12. Osmosi n. Miscela omogenea di due o più sostanze.
13. Pressione idrostatica o. Numero massimo di grammi di soluto che può essere
sciolto in 100g di solvente a una certa temperatura.
14. Pascal p. Fenomeno che si verifica quando due soluzioni aventi concentrazione diversa sono separate da una membrana semipermeabile.
15. Umidità assoluta q. Membrana che lascia passare il solvente (acqua), ma non il soluto.
16. Umidità relativa r. Forza che attira le molecole della superficie di un liquido verso l’interno, in modo che la superficie si comporti come una pellicola elastica.

Esempio