Le soluzioni liquide sono caratterizzate da proprietà colligative, così dette perché dipendono dal numero di particelle di soluto presenti nel solvente, ma non dalla loro natura chimica.
Sono proprietà colligative la pressione osmotica, l’abbassamento relativo della tensione di vapore (legge di Raoult), l’innalzamento del punto di ebollizione, l’abbassamento del punto di solidificazione.
Pressione osmotica – L’osmosi è il fenomeno che consiste nella diffusione di due liquidi miscibili attraverso una membrana di separazione permeabile o semipermeabile. Se la membrana è permeabile, si genera un flusso di soluto e solvente in senso opposto, fino al raggiungimento dell’equilibrio.
Se la membrana è invece semipermeabile al solvente (cioè permette il passaggio del solvente, ma non del soluto) e separa due zone, una contenente la soluzione, l’altra contenente il solvente puro, si ha il passaggio del solvente, ma non quello del soluto, generando così una pressione osmotica tra le due zone (il passaggio del solvente è nei due sensi, ma è decisamente prevalente quello nel verso della soluzione). Si definisce pressione osmotica (π) la pressione idrostatica necessaria a impedire lo spostamento di un solvente puro in una sua soluzione attraverso una membrana semipermeabile.
Nel caso di soluzione diluite di non elettroliti vale l’equazione di van’t Hoff:
π·V=n·R·T
dove n=numero di moli del soluto, V=volume della soluzione, R=costante universale dei gas e T=temperatura assoluta.
La legge di Raoult – La legge di Raoult afferma che la tensione di vapore della soluzione è proporzionale alla frazione molare del solvente:
psoluzione=psolvente·Xsolvente
dove psoluzione è la tensione di vapore della soluzione, psolvente quella del solvente puro e Xsolvente la frazione molare del solvente.
In altri termini, la tensione di vapore della soluzione diminuisce al diminuire della frazione molare del solvente.
Innalzamento del punto di ebollizione – L’ebollizione avviene quando la tensione di vapore della soluzione è uguale alla pressione atmosferica.
In una soluzione con solvente non volatile, per la legge di Raoult, la tensione di vapore della soluzione diminuisce e ciò rende necessaria una temperatura di ebollizione più elevata rispetto a quella del solvente puro (innalzamento ebullioscopico):
ΔTeb=keb·m
dove ΔTeb è l’innalzamento ebullioscopico, keb è la costante ebullioscopica molale (per l’acqua vale 0,52, cioè una mole di soluto in 1 kg di acqua provoca l’innalzamento del punto di ebollizione di 0,52 °C) e m è la concentrazione molale.
Abbassamento del punto di solidificazione – Semplificando, le molecole del soluto interagiscono con le forze di attrazione delle molecole del solvente, ostacolando la solidificazione alla normale temperatura di congelamento; per cui la diminuzione della temperatura di solidificazione di una soluzione rispetto al solvente puro (abbassamento crioscopico) è proporzionale alla molalità della soluzione:
ΔTc=kc·m
dove ΔTc è l’abbassamento crioscopico, kc è la costante crioscopica molale (per l’acqua vale 1,86, cioè una mole di soluto in 1 kg di acqua provoca l’abbassamento del punto di congelamento di 1,86 °C) e m è la concentrazione molale.
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