12.7: Esprimere la concentrazione della soluzione

Un soluto è un componente di una soluzione che è tipicamente presente ad una concentrazione molto inferiore rispetto al solvente. Le concentrazioni di soluto sono spesso descritte con termini qualitativi come diluito (di concentrazione relativamente bassa) e concentrato (di concentrazione relativamente alta).

Le concentrazioni possono essere valutate quantitativamente utilizzando un'ampia varietà di unità di misura, ciascuna adatta per particolari applicazioni. La molarità (M) è un'unità di concentrazione utile per molte applicazioni in chimica. La molarità è definita come la quantità di soluto in numero di moli divisa per il volume della soluzione in litri:

 

Poiché i volumi della soluzione variano con la temperatura, anche le concentrazioni molari varieranno. Quando espressa come molarità, la concentrazione di una soluzione con un numero identico di specie di soluto e solvente sarà diversa a temperature diverse a causa della contrazione/espansione della soluzione. Più appropriate per i calcoli che coinvolgono molte proprietà colligative sono le unità di concentrazione basate sulle moli i cui valori non dipendono dalla temperatura. Due di queste unità sono la frazione molare (introdotta nel capitolo precedente sui gas) e la molalità.

La frazione molare, χ_A, di un componente è il rapporto tra la sua quantità molare e il numero totale di moli di tutti i componenti della soluzione:

 

Secondo questa definizione, la somma delle frazioni molari di tutti i componenti della soluzione (il solvente e tutti i soluti) è uguale a uno.

La molalità è un'unità di concentrazione definita come il rapporto tra il numero di moli di soluto e la massa del solvente in chilogrammi:

 

Visto che queste unità vengono calcolate utilizzando solo masse e quantità molari, non variano con la temperatura e, quindi, sono più adatte per applicazioni che richiedono concentrazioni indipendenti dalla temperatura.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 11.4: Colligative Properties.

Se una piccola quantità di soluto è aggiunta ad una grande quantità di solvente, si forma una soluzione diluita. Le concentrazioni di soluzioni molto diluite, come le tracce di impurità metalliche nell'acqua, sono spesso espresse in parti per miliardo o ppb, o in parti per milione o ppm. Ppm di un soluto può essere calcolato dividendo la massa del soluto per la massa della soluzione e moltiplicando per un milione.

Se una grande quantità di soluto è aggiunta ad una piccola quantità di solvente, si forma una soluzione concentrata. Le unità comunemente usate includono unità relative espresse come percentuali, come:massa percentuale, che è la massa del soluto divisa per la massa della soluzione per cento;percentuale del volume, che è il volume del soluto diviso per il volume della soluzione per cento;e massa per percentuale di volume, che è la massa del soluto divisa per il volume della soluzione per cento. In laboratorio, queste unità vengono utilizzate insieme alla frazione molare, alla molarità e alla molalità.

Una frazione molare del componente i, che può essere soluto o solvente, è il numero di moli del componente diviso per il numero totale di moli di tutti i componenti nella soluzione. Questo è un rapporto senza unità, indicato dalla lettera χi. La molalità è il numero di moli di soluto in 1 litro di soluzione.

Il suo simbolo è M maiuscola e le unità sono moli per litro. La molalità è il numero di moli di soluto in 1 chilogrammo di solvente. Il suo simbolo è una m minuscola in corsivo e le unità sono moli per chilogrammo.

Nella molalità si considera la massa del solvente, mentre nella molarità si tiene conto del volume dell'intera soluzione. Per preparare una soluzione 1 molare o 1 molale, 1 mole di un soluto, come lo iodio, viene sciolta in un solvente, come il tetracloruro di carbonio. Il volume finale della soluzione è portato a 1 litro per formare una soluzione 1 molare.

Per una soluzione molale, viene pesato 1 chilogrammo di tetracloruro di carbonio. Dato che la densità del tetracloruro di carbonio è di 1, 59 grammi per millilitro, il volume di 1 chilogrammo di solvente sarebbe 629 millilitri. Quindi la concentrazione finale di 1 soluzione molale in tetracloruro di carbonio è pari a 1, 59 molare.

Molarity (M) – Number of moles of solute dissolved in one liter of total solution volume. Molality (m) – Moles of solute divided by kilograms of solvent; does not change with temperature. Mole fraction (χ) – Ratio of moles of one component to the total moles of all components in a solution. Dilute solution – A solution with a relatively low amount of solute compared to the solvent. Concentrated solution

Define Solution Concentration – Distinguish solute levels using terms like dilute and concentrated (e.g., solute) Explain Molarity – Use the molar ratio of solute to volume to express concentration (e.g., molarity) Compare Units of Concentration – Contrast molality and mole fraction as temperature-independent measures (e.g., molality) Explain Mechanism or Process – Show how molarity varies with temperature and why mole-based units remain stable Apply in Context – Choose the proper concentration unit for

What is molarity and how is it calculated? How does molality differ from molarity? What is a mole fraction in chemistry?

Students – Learn effective strategies for studying and memorizing complex lists Educators – Teach memory techniques with concrete and engaging examples Researchers – Explore cognitive tools used in learning and memory enhancement Science Enthusiasts – Discover fun, structured ways to remember scientific facts