Le proprietà colligative delle soluzioni e i colloidi

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Le proprietà colligative delle soluzioni Le proprietà colligative delle soluzioni

Le proprietà colligative sono proprietà delle soluzioni che non dipendono dalla natura chimica del soluto, ma solo dalla sua concentrazione (numero di particelle, molecole o ioni, per unità di volume), oltre che dalla natura del solvente.

In un solvente puro, cioè che non ha soluti disciolti in esso, le molecole sono libere di interagire tra loro, attraendosi. Quando viene aggiunto un soluto, questo inﬂ uenza le interazioni tra le molecole del solvente, determinando il fenomeno della solvatazione.

I parametri ﬁ sici della soluzione, come punto di ebollizione, punto di fusione, tensione di vapore ecc., risul- teranno diversi da quelli misurati sul solvente puro. Le diﬀ erenze saranno particolarmente evidenti quando al solvente viene aggiunto un soluto non volatile, che determinerà una diminuzione della tensione di vapore della soluzione, rispetto a quella misurata sul solvente puro. La diminuzione della tensione di vapore provo- cherà, a sua volta, un innalzamento della temperatura di ebollizione e un abbassamento della temperatura di fusione.

Le proprietà colligative sono:

• l’abbassamento della tensione di vapore;

• l’innalzamento del punto di ebollizione (o innalzamento ebullioscopico);

• l’abbassamento del punto di congelamento (o abbassamento crioscopico);

• la pressione osmotica.

Abbassamento della tensione di vapore

In funzione della temperatura ambiente, parte delle molecole di un liquido passano allo stato aeriforme, dove andranno a formare il vapore, che si stratifi cherà sul liquido. Quando il liquido è all’interno di un contenitore chiuso, il vapore si accumula sulla superfi cie del liquido stesso, sul quale esercita una pressione progressivamente crescente. All’equilibrio, le molecole di liquido che evaporano sono uguali a quelle che, per eff etto della condensazione, tornano allo stato liquido.

La quantità di vapore formata esercita una pressione sul liquido detta tensione di vapore.

Si deﬁ nisce tensione o pressione di vapore la pressione esercitata, in un recipiente chiuso, su un liqui- do dal suo vapore, quando la velocità di evaporazione e quella di condensazione si eguagliano.

L’aggiunta di un soluto poco volatile inﬂ uenza la tensione di vapore della soluzione, rispetto a quella del soluto allo stato puro. Nel solvente puro le molecole si attraggono, ma quelle dotate di un’adeguata energia cinetica e più vicine alla superﬁ cie del liquido, riescono a sfuggire, passando allo stato di vapore (evapora- zione).

Supponiamo di riempire due recipienti con uno stesso volume:

• di solvente puro (acqua), nel primo;

• di una soluzione del solvente con un soluto poco volatile (NaCl, cloruro di sodio), nel secondo.

Nel volume di soluzione uguale a quello del solvente puro, ci sarà un numero minore di molecole di ac- qua, in quanto sono presenti anche le molecole di cloruro di sodio.

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Le proprietà colligative delle soluzioni

Sia nel volume di soluzione sia in quello di solvente puro, alcune molecole di acqua, grazie all’energia cinetica che possiedono, passeranno allo stato di vapore, nello spazio sopra il liquido, mentre il cloruro di sodio, non volatile, resterà disciolto nella soluzione. Per questo motivo, le molecole d’acqua della soluzione che evaporeranno saranno in numero minore rispetto al solvente puro, e questo provocherà come conseguenza una minore tensione di vapore per la soluzione.

Queste osservazioni dimostrano che a una determinata temperatura, la tensione di vapore di una soluzione è sempre minore di quella di uno stesso volume di solvente puro.

Innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico

L’abbassamento della tensione di vapore, che si veriﬁ ca in una soluzione rispetto al solvente puro, ha come diretta conseguenza quella di far aumentare la temperatura di ebollizione.

Questo fenomeno prende il nome di innalzamento ebullioscopico.

Un solvente incomincia a bollire quando il valore della tensione di vapore, che è proporzionale all’aumento di temperatura, raggiunge la pressione esterna: la temperatura a cui pressione interna e pressione esterna si eguagliano è la temperatura di ebollizione (o punto di ebollizione).

Se si aggiunge del soluto, che come abbiamo detto abbassa la tensione di vapore, perché la soluzione giunga a ebollizione, la temperatura deve avere un valore più elevato, rispetto a quella del solvente puro, determinando il fenomeno dell’innalzamento ebullioscopico.

pressione atmosferica

bolla di vapore

Per gli stessi motivi una soluzione ha una temperatura normale di solidiﬁ cazione più bassa del solvente puro, fenomeno chiamato abbassamento crioscopico.

Le proprietà colligative di due soluzioni in cui il solvente è lo stesso ma i soluti sono diversi (pur con concentrazioni uguali) saranno le stesse, perché dipendono solo dalla concentrazione del soluto e non dalla sua natura chimica.

L’ebollizione si veriﬁ ca quando la tensione di vapore del liquido raggiunge e supera la pressione esercitata al di sopra della superﬁ cie del liquido stesso (la pressione atmosferica).

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Le proprietà colligative delle soluzioni

Pressione osmotica

Tra due soluzioni a diversa concentrazione di soluto, messe a contatto tra loro, si osserva un passaggio di soluto, detto diﬀ usione, dalla solu- zione più concentrata a quella meno concentrata, ﬁ no al raggiungimento dell’equilibrio delle concentrazioni.

Se tra le due soluzioni si pone una membrana semipermeabile, dotata di pori di dimensioni tali da far passare solo le molecole più piccole, come l’acqua, ma non le molecole grosse di molti soluti, si osserva il passaggio di solvente dalla soluzione più diluita (quindi meno concentrata) a quella più concentrata, determinando il fenomeno dell’osmosi.

Il livello del liquido aumenta allora dalla parte che era più concentrata ﬁ no ad arrestarsi quando la pressione dovuta all’osmosi (pressione osmotica) sarà uguale a quella esercitata dal peso della colonna liquida (pressione idrostatica), corrispondente al dislivello che si è creato.

La pressione idrostatica, che cresce proporzionalmente al dislivello, rallenta l’entrata dell’acqua ﬁ no a bloc- carla completamente quando le due pressioni saranno in equilibrio.

Anche l’osmosi è una proprietà colligativa delle soluzioni, in quanto il fenomeno non dipende dal tipo di soluto, ma solo dalla sua concentrazione.

soluzione più concentrata

membrana semipermeabile

soluzione meno concentrata