soluzione a concentrazione nota

TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI
Nel
1869
i
chimici
Mendeleev
(russo)
e
Meyer
(tedesco)
indipendentemente trovarono che ordinando gli elementi in ordine di peso
atomico e disponendoli in file orizzontali una sopra l'altra, gli elementi di
ogni colonna avevano proprietà simili. Oggi, in maniera più corretta, gli
elementi sono disposti per numero atomico, Z, crescente.
Tale disposizione tabulare degli elementi è nota come tavola periodica:
 un periodo è composto dagli elementi di una qualsiasi fila orizzontale
 un gruppo è costituito dagli elementi di una qualsiasi colonna verticale
Il
Il
Il
Il
Il
primo periodo è costituito da due elementi: idrogeno e elio.
secondo e il terzo periodo sono costituiti da 8 elementi.
quarto e il quinto periodo sono costituiti da 18 elementi.
sesto periodo è costituito da 32 elementi (14 a parte).
settimo periodo è incompleto (fino al 109?).
La tabella è costituita da 18 gruppi più i 14 elementi di transizione
interna (lantanidi e attinidi). I gruppi sono numerati secondo due
convenzioni:
1) I A – VIII A
2) 1 – 18 nell'ordine
e
I B – VIII B
Dal 1969 si usa una scala basata sul carbonio-12 ossia sull'isotopo
12C
A tale isotopo è stata arbitrariamente assegnata una massa di 12 unità
di massa atomica.
Una unità di massa atomica (a.m.u.)= un dodicesimo della massa
dell'atomo di carbonio-12 = 1,661×10-27 Kg
Peso atomico= massa atomica media di un elemento allo stato
naturale espresso in unità di massa atomica
Oggi è possibile misurare accuratamente le masse atomiche tramite
uno strumento chiamato spettrometro di massa
FORMULA CHIMICA
FORMULA CHIMICA
E' una notazione che usa i simboli atomici con dei numeri a pedice
per indicare le quantità relative degli elementi che costituiscono la
sostanza.
In tale accezione è anche nota come formula empirica o formula
minima.
NaCl 1:1
Al2O3
2:3
Questo è il tipo più semplice di formula chimica.
Prima di passare a formule chimiche più elaborate occorre
considerare la classificazione delle sostanze in due tipi principali:
sostanze molecolari o sostanze ioniche
Sostanze molecolari
Una molecola è un gruppo di atomi connessi da legami chimici
(forti).
Una sostanza molecolare è una sostanza composta da molecole
tutte uguali.
O
O
H
H
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
O
H
O
O
O
O
H
H
O
H
H
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
Una formula molecolare è una formula chimica che dà l'esatto
numero degli atomi di una molecola.
La formula di struttura mostra come sono legati fra di loro gli atomi
di una molecola.
Acqua
Ammoniaca
Idrazina
Formula
empirica
H2O
NH3
NH2
Formula
molecolare
H2O
NH3
N2H4
Formula
di struttura
O
H
H
N
H
H
H
H
H
N N
H
H
Sostanze ioniche
Uno ione è una particella carica ottenuta da un atomo o un gruppo di
atomi legati chimicamente per addizione o sottrazione di elettroni.
Anione: ione carico negativamente
Cl–
Catione: ione carico positivamente
Na+
SO42Ca2+
Un composto ionico è un composto costituito da cationi ed anioni
tenuti assieme da forze elettrostatiche in una disposizione
spaziale regolare.
In tali casi si parla di unità formula più che di formula chimica e
non si può definire una molecola
NaCl
1 ione Na+
per ogni ione Cl–
Fe2(SO4)3
2 ioni Fe3+
per 3 ioni SO42-
I composti chimici sono suddivisi in:
 Composti organici: composti del carbonio, considerabili
come derivati da idrocarburi (composti
di carbonio e idrogeno)
 Composti inorganici: composti formati da tutti gli altri
elementi, inclusi alcuni composti
semplici del carbonio (CO, CO2, ecc.)
STECHIOMETRIA
MOLE E MASSA MOLARE
Una mole è definita come la quantità di una data sostanza che
contiene tante molecole, o unità formula, pari al numero di atomi
presenti in 12 g di carbonio-12 .
Il numero di atomi in un campione di 12 g di carbonio-12 è chiamato
numero di Avogadro
NA=6,022 x 1023
Si sceglie il valore di NA in modo che NA molecole abbiano una
massa in grammi numericamente uguale alla massa molecolare.
NA particelle (atomi, molecole, etc.) = 1 mole
La massa molare rappresenta la massa di una mole di una sostanza
quindi che conterrà quindi un numero di atomi pari al numero di
Avogadro 6,2x1023
Il calcolo è semplice: basta trovare una quantità in grammi di una
determinate sostanza pari alla somma dei pesi atomici
Esempio: NaCl
Na: pa 23
Cl: pa 35,5
Totale: 58,5
Massa molare: 58,5 gr/lt di soluzione
Una mole di particelle =
un numero di Avogadro di particelle
1,0 mol di
atomi di carbonio
1,0 mol di
molecole di ossigeno
1,0 mol di
elettroni
=
6,022×1023
atomi di carbonio
=
6,022×1023
molecole di ossigeno
=
6,022×1023
elettroni
REAZIONI CHIMICHE
Equazioni chimiche
Una equazione chimica è la rappresentazione simbolica di una reazione
chimica in termini di formule chimiche
2 Na + Cl2  2 NaCl
Reagente
Prodotto
Coefficiente stechiometrico
In molti casi è utile indicare sli stati o le fasi delle sostanze ponendo
appropriati simboli fra parentesi indicanti le fasi dopo le formule
(g) = gas
(l) = liquido
(s) = solido
(aq) = soluzione acquosa
L'equazione precedente diventa così:
2Na(s) + Cl2(g)  2 NaCl(s)
BILANCIAMENTO DI REAZIONI CHIMICHE
Quando in una equazione chimica i coefficienti stechiometrici sono scritti
correttamente il totale degli atomi di ogni elemento è uguale in entrambi i
membri dell'equazione.
L'equazione chimica è allora bilanciata.
2 NO + O2  2 NO2
2 atomi N
4 atomi O


2 atomi N
4 atomi O
OK!
Un’equazione chimica va bilanciata scegliendo opportunamente i
coefficienti stechiometrici
C3H8 + O2
 CO2 + H2O
non bilanciata
propano
Procedimento per tentativi
atomi di C
1 C3H8 + O2
3 CO2 + H2O
atomi di H
1 C3H8 + O2
3 CO2 + 4 H2O
atomi di O
1 C3H8 + 5 O2
C3H8 + 5 O2
3 CO2 + 4 H2O
3 CO2 + 4 H2O
bilanciata
Soluzioni a concentrazione nota
Per preparare una soluzione a concentrazione nota bisogna fare alcuni calcoli
(proporzioni, percentuali) ed eseguire semplici procedure.
È necessario, comunque, fare attenzione all’unità di misura utilizzata per esprimere
la concentrazione:
•
•
•
•
•
percentuale in massa (massa soluto in gr./100 gr di soluzione)
percentuale in volume (volume soluto in mL/100 mL soluzione)
percentuale massa/volume (massa soluto in g/100 mL soluzione)
molarità (moli soluto/litro soluzione)
molalità (moli soluto/kg solvente)
ESERCITAZIONi
CREARE UNA SOLUZIONE in percentuale massa su volume
Prepariamo 5 ml di una soluzione al 3% in massa.
Si tratta quindi di percentuale in massa su volume.
• una soluzione al 3% in peso contiene 3 g di soluto in 100 ml di soluzione;
• dovendo preparare solo 5 ml di soluzione, applichiamo la seguente proporzione:
3 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = X g (soluto) : 5 ml (soluzione)
Quindi avremo:
X g (soluto) = (3g x 5ml)/100ml = 0,15 g soluto
5 ml di una soluzione di NaCl al 3% in peso conterranno perciò 0,15 g di NaCl
CREARE UNA SOLUZIONE MADRE PIU’ CONCENTRATA
Problema: Vogliamo preparare una soluzione per substrati di 1000 mL di acqua (solvente) che contenga 5
grammi di soluto. Vogliamo però creare una soluzione madre utilizzabile più volte, in modo da non dover
ogni volta effettuare le operazioni di pesatura del soluto
Quindi:
• una soluzione allo 0,5% in peso contiene 5 g di soluto in 1000 g di soluzione; ed in 100 ml?
Primo passaggio
Fare la proporzione per fare una soluzione di 100 ml alla stessa concentrazione:
5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)
• Quindi avremo
X g (soluto) = 5g x 100ml/1000ml = 0,5 g soluto
Secondo passaggio
Creare una soluzione più concentrata
Se voglio avere una soluzione più concentrata (es. una soluzione madre più concentrata di 40 volte)
dovremo moltiplicare la quantità di soluto per 40
0,5 g di soluto x 40= 20g
Mettendo quindi 20 gr di soluto avrò una soluzione al 20%, quindi la concentrazione è aumentata di 40 volte
Terzo passaggio
Calcolare quanti ml della soluzione madre dovrò prelevare
Quindi in un litro quanti ml di soluzione madre dovrò mettere per avere una soluzione allo 0,5%?
Poniamoci questa domanda: se in 100 ml di soluzione ci sono 20 gr di soluto, quanti ml conterranno 5 gr?
Basta quindi fare una semplice proporzione
20 gr di soluto : 100 ml di solvente = 5 gr di soluto : X ml di solvente
X ml = (100 mlx5gr)/20 gr = 25 ml
25 ml di soluzione madre, conterranno 0,5 gr di soluto
Ricapitolando
Passaggio 1: fare la proporzione per individuare la percentuale di
soluto da immettere nella soluzione madre «tal quale»
5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)
X g (soluto) = 5 x 100/1000 = 0,5 g soluto
Passaggio 2: creare una soluzione più concentrata
0,5 g di soluto x 40= 20g
40X
Passaggio 3: individuare quanti ml di soluzione madre sarà
necessario inserire nel substrato da preparare
20 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 5 g (soluto) : X ml (soluzione)
X g (soluto) = (5 x 100)/20 = 25 ml di soluzione
E’ frequente preparare una soluzione madre contenente più reagenti insieme in modo da
non dover miscelare continuamente più soluti
Acido Borico (H3BO3):
Solfato di Rame (CuSO4):
Ioduro di Potassio (KI):
Per esempio, in un substrato da 1000 ml devo inserire
0,0062 gr/lt (6,2 mg)
0,0025 gr/lt (2,5 mg)
0,00083 gr/lt (0,83 mg)
Fase 1 : calcolo delle concentrazioni su soluzioni ridotte
Acido Borico:
0,0062 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)
X g acido Borico = (0,0062 g x 100ml)/1000ml = 0,00062 g soluto
Solfato di Rame:
0,0025 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)
X g Solfato di Rame = (0,0025 g x 100ml)/1000 ml = 0,00025 g soluto
Ioduro di Potassio:
0,00083 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)
X g Ioduro di K = (0,00083g x 100ml)/1000ml = 0,000083 g soluto
Fase 2 : creare una soluzione più concentrata: ipotizziamo di volere una soluzione madre più concentrata di 1000 volte
Acido Borico:
Solfato di Rame:
Ioduro di Potassio:
0,00062 g soluto x 1000 = 0,62 gr
0,00025 g soluto x 1000 = 0,25 gr
0,000083 g soluto x 1000 = 0,083 gr
Fase 3: calcolo ml della soluzione madre da prelevare
Basta calcolare gli ml di soluzione madre necessaria, solo per uno degli elementi
Acido Borico:
0,62 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,0062 g (soluto) : X ml (soluzione)
X ml soluzione = (0,0062 x 100)/0,62 = 1 ml
Prelevando 1 ml della soluzione madre, avrò introdotto le giuste quantità dei tre composti necessari per il substrato
CALCOLARE GLI ML DI SOLUTO DA PRELEVARE DA UNA SOLUZIONE MADRE GIA’ ESISTENTE
Può succedere di avere a disposizione delle soluzioni madri già preparate che possono essere
utilizzate
Per esempio, posseggo già una soluzione madre di 100 ml contente una percentuale
Massa su volume del 15% di MgSO4
Quindi qualcuno avrà preparato una soluzione di acqua e Solfato di Magnesio (15 gr)
portandolo poi a volume di 100 ml
Nel mio substrato, dovrò inserire 0,37 gr/lt di MgSO4: quanti ml di soluzione madre dovrò
prelevare?
Basta fare la proporzione
15 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,37 g (soluto) : X ml (soluzione)
X ml (soluzione) = (100 ml x 0,37g)/15 = 2,46 ml di soluzione
Ragionare
da Moli  a grammi
Immaginiamo di avere a disposizione una soluzione espressa in Moli (ad esempio di KCl)
Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza
Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione
Ragionare
Moli 
grammi
Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza
Una mole di KCl pesa:
K= pa 39,10
Cl = pa 35,45
---------------------Gr 74,55
I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55
Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione
Ragionare
Moli 
grammi
Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza
Una mole di KCl pesa:
K= pa 39,10
Cl = pa 35,45
---------------------Gr 74,55
I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55
Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?
Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione
Ragionare
Moli 
grammi
Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza
Una mole di KCl pesa:
K= pa 39,10
Cl = pa 35,45
---------------------Gr 74,55
I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55
Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?
74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione)
X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione
Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione
RICAPITOLIAMO
Ragionare
Moli 
grammi
Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza
Fase 1: calcolo della quantità di sostanza presente:
Una mole di KCl possiede una massa molare di 75,55gr:
K= pa 39,10
Cl = pa 35,45
Ricorda: le molarità sono riferite per litro di soluzione
---------------------Gr 74,55
I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55
Fase 2: calcolo degli ml necessari:
Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?
74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione)
X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione
Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione