Volume 1

MODULO D Se sciogliamo in acqua alcune sostanze come la colla o la gelatina osserviamo la formazione di alcune soluzioni dal comportamento peculiare: infatti non cristallizzano e non attraversano alcune membrane così come fanno le soluzioni vere. Queste sostanze sono dette colloidi e le caratteristiche sono dovute alle dimensioni delle particelle. Infatti, particelle con dimensioni inferiori a 5 nm danno origine ad una soluzione vera, tra 5 e 200 nm provocano un sistema colloidale e oltre i 200 nm si parla di sospensione dove è possibile osservare ad occhio nudo o al microscopio ottico le particelle presenti in acqua; per distinguere una soluzione vera da una colloidale si ricorre all effetto Tyndall (Fig. 10.5). Si fa attraversare la soluzione da un raggio luminoso che si osserva ponendosi perpendicolarmente ad esso. In una soluzione vera il raggio attraversa indisturbato la soluzione, in un sistema colloidale le particelle presenti ostacolano con la loro dimensione il passaggio del fascio luminoso che viene rifratto. Si assiste allo stesso fenomeno quando un raggio luminoso entra in una stanza e ci permette di osservare il pulviscolo sempre presente nell aria, ma non sempre osservabile. Il movimento delle particelle fu studiato da R. Brawn nel 1827 e per questo è detto moto brawniano. L irregolarità del movimento è in relazione alle dimensioni delle particelle (tanto più sono piccole tanto più è irregolare). Anche nelle particelle grandi esiste, ma è un po più lento e la velocità aumenta con l aumento della temperatura del liquido. Proprietà colligative (proprietà fisiche dipendenti solo dal numero delle molecole) Il punto di congelamento, di ebollizione, la pressione osmotica e quella di vapore sono punti fissi caratteristici di ogni sostanza allo stato puro, ma questi vengono modificati quando solvente e soluto si uniscono a formare una soluzione. La modificazione è in relazione al numero di particelle presenti in soluzione e per questo si parla di proprietà colligative. Variazione del punto di ebollizione e di congelamento Sappiamo che l acqua allo stato puro, alla pressione di una atmosfera, arriva ad ebollizione a 100 e congela a 0; se contiene soluti modifica questi valori, in particolare aumenta il punto di ebollizione e diminuisce il punto di congelamento. Un esempio pratico ci viene dallo spargimento del sale sulle strade durante il periodo invernale per fare in modo che il punto di congelamento si abbassi considerevolmente. Vediamo cosa avviene in dettaglio. Durante il congelamento le molecole del solvente devono instaurare particolari interazioni tra loro, nel caso dell acqua si tratta di ponti idrogeno, ma le particelle di soluto ostacolano la formazione di questi legami facendo diminuire il punto di congelamento. Allo stesso modo durante l ebollizione le particelle di soluto interagiscono con quelle del solvente facendo aumentare la temperatura di ebollizione. La formula che consente di calcolare la variazione di temperatura è: tcr = Kcr m Figura 10.5. Quando le particelle di polvere disperse nell aria sono investite da un raggio di luce solare che penetra attraverso la finestra, esse diventano visibili ed appaiono come puntini brillanti. Questo fenomeno è detto effetto Tyndall e consiste appunto nella diffusione della luce che attraversa una soluzione colloidale (aria e pulviscolo). Quando un raggio luminoso investe una dispersione colloidale, la luce viene diffusa in tutte le direzioni con un effetto alone luminoso : da notare che la luce attraversa con difficoltà la dispersione mentre, al contrario, nel caso di soluzione perfetta essa attraverserebbe illuminando anche il retro del contenitore. teb = Keb m dove: tcr è la differenza tra il punto di congelamento del solvente puro rispetto la soluzione; teb è la differenza tra il punto di ebollizione del solvente puro rispetto alla soluzione; Keb, Kcr sono le costanti ebullioscopiche e crioscopiche tipiche di ogni solvente; m è la concentrazione molale della soluzione. Solvente teb (°C) Keb acqua solfuro di carbonio cicloesano 100 0,515 45,0 81 2,34 2,79 Solvente tsolid (°C) Ker Solvente tsolid (°C) Kcr acqua solfuro di carbonio cicloesano 0 112 6,5 acido acetico cloroformio benzene 16,6 63,5 5,5 1,86 3,83 20,0 Tabella 10.1. A sinistra costanti ebullioscopiche e a destra costanti crioscopiche di alcuni solventi. 139 3,90 4,67 5,1 U. 10 - Sostanze e soluzioni Colloidi