Introduzione alla chimica

Termini

• molaritàLa concentrazione di una sostanza in soluzione, espressa come numero di moli di soluto per litro di soluzione.
• unità SILa forma moderna del sistema metrico usato ampiamente nelle scienze (abbreviato SI dal francese: Système International d’Unités).
• diluizioneIl processo con cui una soluzione è resa meno concentrata attraverso l’aggiunta di più solvente.
• concentrazioneLa quantità relativa di soluto in una soluzione.

In chimica, la concentrazione di una soluzione è spesso misurata in molarità (M), che è il numero di moli di soluto per litro di soluzione. Questa concentrazione molare (ci) è calcolata dividendo le moli di soluto (ni) per il volume totale (V) della soluzione :

c_i=frac{n_i}{V}

L’unità SI per la concentrazione molare è mol/m3. Tuttavia, mol/L è un’unità più comune per la molarità. Una soluzione che contiene 1 mole di soluto per 1 litro di soluzione (1 mol/L) è chiamata “una Molare” o 1 M. L’unità mol/L può essere convertita in mol/m3 usando la seguente equazione:

1 mol/L = 1 mol/dm3 = 1 mol dm-3 = 1 M = 1000 mol/m3

Calcolare la molarità

Per calcolare la molarità di una soluzione, il numero di moli di soluto deve essere diviso per i litri totali di soluzione prodotti. Se la quantità di soluto è data in grammi, dobbiamo prima calcolare il numero di moli di soluto usando la massa molare del soluto, poi calcolare la molarità usando il numero di moli e il volume totale.

Calcolo della molarità date le moli e il volume

Se ci sono 10,0 grammi di NaCl (il soluto) dissolti in acqua (il solvente) per produrre 2,0 L di soluzione, qual è la molarità di questa soluzione? Lo facciamo dividendo per il peso molecolare di NaCl (58,4 g/mole).

10,0 \testo{ grammi NaCl} = 0.17 \frac{1 mole}{58.4 \g/mole}} = 0.17 \moli NaCl}

Poi, dividiamo il numero di moli per il volume totale della soluzione per ottenere la concentrazione.

c_i=frac{n_i}{V}

c_i=frac{0,17 \text{ moli NaCl}}{2 \text{ litri soluzione}}

c_i = 0.1 \testo{ M}

La soluzione di NaCl è una soluzione 0,1 M.

Calcolo delle moli data la molarità

Per calcolare il numero di moli in una soluzione data la molarità, si moltiplica la molarità per il volume totale della soluzione in litri.

Quante moli di cloruro di potassio (KCl) ci sono in 4,0 L di una soluzione 0,65 M?

c_{i}=frac_{n_{i}}

0.65 \testo{ M} = \frac{n_i}{4,0 \testo{ L}}

n_i = (0,65 \testo{ M})(4,0 \testo{ L}) = 2,6 \moli KCl}

Ci sono 2.6 moli di KCl in una soluzione 0,65 M che occupa 4,0 L.

Calcolo del volume data la molarità e le moli

Possiamo anche calcolare il volume richiesto per soddisfare una massa specifica in grammi data la molarità della soluzione. Questo è utile con soluti particolari che non possono essere facilmente massificati con una bilancia. Per esempio, il diborano (B2H6) è un reattivo utile nella sintesi organica, ma è anche altamente tossico e infiammabile. Il diborano è più sicuro da usare e trasportare se disciolto in tetraidrofurano (THF).

Quanti millilitri di una soluzione 3,0 M di BH3-THF sono necessari per ricevere 4,0 g di BH3?

Prima dobbiamo convertire i grammi di BH3 in moli dividendo la massa per il peso molecolare.

frac{4.0 g di BH_3 = 13,84 g/mole di BH_3 = 0,29 moli di BH_3

Una volta che sappiamo di dover ottenere 0,29 moli di BH3, possiamo usare questo e la molarità data (3.0 M) per calcolare il volume necessario per raggiungere 4,0 g.

c_{i}=frac{n_{i}}{V}

3,0 \testo{ M} = \frac{0,29 \moli BH}_3} {V}

V = 0,1 L

Ora che sappiamo che ci sono 4,0 g di BH3 presenti in 0,1 L, sappiamo che abbiamo bisogno di 100 mL di soluzione per ottenere 4,0 g di BH3.

Diluizione

La diluizione è il processo di riduzione della concentrazione di un soluto in una soluzione, solitamente aggiungendo più solvente. Questa relazione è rappresentata dall’equazione c1V1 = c2V2 , dove c1 e c2 sono le concentrazioni iniziale e finale, e V1 e V2 sono i volumi iniziale e finale della soluzione.

Esempio 1

Uno scienziato ha una soluzione 5,0 M di acido cloridrico (HCl) e il suo nuovo esperimento richiede 150,0 mL di HCl 2,0 M. Quanta acqua e quanto HCl 5,0 M dovrebbe usare lo scienziato per fare 150,0 mL di HCl 2,0 M?

c1V1 = c2V2

c1 e V1 sono la concentrazione e il volume della soluzione di partenza, che è l’HCl 5,0 M. c2 e V2 sono la concentrazione e il volume della soluzione desiderata, ovvero 150,0 mL della soluzione di HCl 2,0 M. Il volume non ha ancora bisogno di essere convertito in litri perché entrambi i lati dell’equazione usano mL. Quindi:

(5.0 \testo{ M HCl})(V_1) = (2.0 \testo{ M HCl})(150.0 \testo{ mL})

V1 = 60.0 mL di 5.0 M HCl

Se 60.0 mL di 5.0 M HCl è usato per fare la soluzione desiderata, la quantità di acqua necessaria per diluire correttamente la soluzione alla molarità e al volume corretti può essere calcolata:

150.0 mL – 60.0 mL = 90.0 mL

Per fare 150.0 mL di HCl 2.0 M, lo scienziato avrà bisogno di 60.0 mL di HCl 5.0 M e 90.0 mL di acqua.

Esempio 2

Acqua è stata aggiunta a 25 mL di una soluzione stock di HBr 5.0 M fino a che il volume totale della soluzione fosse 2.5 L. Qual è la molarità della nuova soluzione?

Ci viene dato quanto segue: c1= 5.o M, V1= 0.025 L, V2= 2. 50 L.50 L. Ci viene chiesto di trovare c2, che è la molarità della soluzione diluita.

(5.0 M)(0.025 L) = c2 (2.50 L)

c_2 = \frac{(5.0 M)(0.025 L) }{2.50 L} =0.05 M

Nota che tutte le unità di volume sono state convertite in litri. Calcoliamo che avremo una soluzione di 0,05 M, che è coerente con le nostre aspettative considerando che abbiamo diluito 25 mL di una soluzione concentrata a 2500 mL.