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12.9:

Soluzioni ideali

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Ideal Solutions

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In una soluzione, ci sono tre principali forze intermolecolari attrattive:attrazioni fra le molecole di solvente, attrazioni fra le molecole di soluto, e attrazioni fra le molecole di soluto e solvente. Se la forza di ciascuno dei tre tipi di interazioni è simile in grandezza, la soluzione è chiamata soluzione ideale. Una soluzione ideale obbedisce alla legge di Raoult a tutte le concentrazioni.Per una soluzione ideale con due componenti volatili, come il toluene e il benzene, la tensione di vapore parziale di ciascun componente sarà data dalla legge di Raoult come prodotto della tensione di vapore del componente puro e della sua frazione molare. In una data soluzione, la frazione molare per il toluene è 0, 4 e la frazione molare per il benzene è 0, 6. Poiché le pressioni di vapore del toluene puro e del benzene puro sono rispettivamente di 22 e 75 torr, le pressioni parziali del toluene e del benzene in questa soluzione saranno rispettivamente di 8, 8 e 45 torr.La tensione di vapore totale è la somma delle pressioni parziali di ciascun componente, ed è pari a 54 torr. Per una soluzione così ideale, un grafico della pressione del vapore contro la frazione molare produce una linea retta. Quando le forze intermolecolari all’interno di una soluzione non sono uniformi, la soluzione devia dalla legge di Raoult e viene detta non ideale.Se le interazioni solvente-soluto in una soluzione sono più deboli delle interazioni solvente-solvente, come nel caso di una soluzione di benzene e metanolo, il soluto consentirà a più particelle di solvente di fuoriuscire nello stato gassoso rispetto al solvente puro. Pertanto, la pressione del vapore tenderebbe a essere maggiore di quella prevista dalla legge di Raoult. Tali soluzioni mostrano una deviazione positiva dalla legge di Raoult.Al contrario, in una soluzione con forti interazioni soluto-solvente, il soluto preverrà al solvente di vaporizzare, e la pressione del vapore della soluzione sarà inferiore a quella prevista dalla legge di Raoult. Ciò si osserva in una soluzione acquosa di acetone e cloroformio, dove un forte legame idrogeno fra i due porta a una deviazione negativa dalla legge di Raoult.

12.9:

Soluzioni ideali

Secondo la legge di Raoult, la pressione parziale di vapore di un solvente in una soluzione è uguale o identica alla pressione di vapore del solvente puro moltiplicata per la sua frazione di talpa nella soluzione. Tuttavia, la Legge di Raoult è valida solo per soluzioni ideali. Affinché una soluzione sia ideale, l’interazione solvente-soluto deve essere forte quanto un’interazione solvente-solvente o soluto-soluto. Ciò suggerisce che sia il soluto che il solvente userebbero la stessa quantità di energia per sfuggire alla fase di vapore di quando sono nei loro stati puri. Ciò è possibile solo quando i diversi componenti della soluzione sono chimicamente simili, come nel caso del benzene e del toluene o dell’esano e dell’eptano.

Poiché molte soluzioni non hanno forze uniformi e attraenti, la pressione di vapore di queste soluzioni si discosta dalla pressione prevista dalla legge di Raoult. Ad esempio, quando l’etanolo viene sciolto in acqua, ci sono forti attrazioni tra le molecole d’acqua e le molecole di etanolo. Queste forze attrattive tendono a rallentare la perdita di molecole d’acqua dalla superficie della soluzione. Tuttavia, se la soluzione è sufficientemente diluita, la superficie avrà più molecole d’acqua. Alcune di queste molecole di acqua superficiale potrebbero non essere circondate da molecole di etanolo e possono ancora sfuggire alla fase di vapore alla stessa velocità che farebbero nell’acqua pura. Si dice che tali soluzioni diluite si avvicinino al comportamento ideale.

Per le soluzioni non ideali, la deviazione dalla legge di Raoult può essere negativa o positiva. La deviazione negativa avviene quando la pressione di vapore è inferiore a quella prevista a causa della legge di Raoult. Una soluzione di acqua e acido cloridrico presenta una deviazione negativa perché i legami idrogeno tra acqua e acido cloridrico impediscono alle molecole di acqua superficiale di vaporizzarsi il più facilmente.

In alternativa, la deviazione positiva si verifica quando l’attrazione tra le molecole di ogni componente, soluto-soluto o solvente-solvente, è maggiore dell’attrazione tra il solvente e il soluto. In tali soluzioni, entrambi i componenti possono facilmente fuoriuscire nella fase di vapore. Un esempio di deviazione positiva è una soluzione di benzene e metanolo in quanto le forze intermolecolari tra il benzene e il metanolo sono più deboli di quelle trovate nel metanolo puro.

Suggested Reading

  1. Bertrand, Gary L., and Claude Treiner. "Raoult's law as applied to binary solvent mixtures." Journal of solution chemistry 13, no. 1 (1984): 43-49.
  2. Raoult, F. M. "General law of the vapor pressure of solvents." Comptes Rendus 104 (1887): 1430-3.