Pillole Testbusters – Chimica: coefficiente di Van’t Hoff ed equivalenti

Introduzione

Il Coefficiente di Van’t Hoff e gli equivalenti sono due argomenti di chimica tanto importanti quanto spinosi. Ecco perché, per svolgere al meglio gli esercizi in vista del test d’ingresso, è bene avere in mente di cosa si tratta.

Dissociazione in ambiente acquoso e coefficiente di Van’t Hoff

Quando si mettono due soluzioni in una bacinella separata da una membrana semipermeabile (che fa passare solo il solvente) è possibile osservare un fenomeno particolare chiamato osmosi. Se le due soluzioni contengono una quantità diversa di particelle disciolte in acqua, quest’ultima tenderà a spostarsi verso la soluzione più concentrata al fine di diluirla. Il concetto su cui si basa è quello di voler avere un rapporto particelle/acqua pari da entrambi le parti. Senza una membrana le due soluzioni si mescolerebbero e le particelle andrebbero a distribuirsi in modo omogeneo. Con una membrana che impedisce il movimento alle particelle, l’unico modo di rendere omogeneo tale rapporto è quello di far spostare l’acqua.

Si dice quindi che una soluzione è ipertonica rispetto ad un’altra se ha una quantità di particelle superiore rispetto all’altra e richiama quindi acqua, si dice ipotonica se ha una quantità di particelle inferiori e quindi “perde” acqua, si dice isotonica se il numero di particelle è uguale in entrambe le soluzioni e quindi non si ha passaggio di acqua.

L’acqua che si sposta da una parte all’altra della membrana è spinta da una pressione detta pressione osmotica. La pressione osmotica si calcola come π = nRTi/V, sapendo che M = n/V allora π = MRTi. In particolare, π è la pressione osmotica, M è la molarità, R è la costante dei gas, T la temperatura e i il coefficiente di Van’t Hoff. Tale coefficiente indica il numero di particelle in cui il soluto si dissocia quando viene messo in acqua.

Facendo un esempio pratico, se mettiamo in acqua del cloruro di sodio (NaCl), tale sale si dissocerà in Na⁺ e Cl⁻, ovvero si dividerà in due particelle (possono essere atomi o molecole). Il coefficiente di Van’t Hoff in questo caso sarà due, perché due sono le particelle in cui il cloruro di sodio si dissocia in soluzione.

Se mettiamo in acqua Ca(OH)₂ questo si dissocerà a dare Ca₂⁺ e 2OH⁻, poiché in questo caso le particelle sono tre (un atomo di Ca₂⁺ e due molecole di OH⁻), il coefficiente di Van’t Hoff sarà tre. Se una molecola non si dissocia in acqua il suo coefficiente di Van’t Hoff sarà di 1

Come calcolare il numero di equivalenti

Per quanto riguarda invece il numero di equivalenti, essi sono calcolati tramite la massa equivalente che, al contrario della massa molare, non ha un valore ben definito ma è da calcolare a seconda del composto e della reazione in cui è coinvolta la molecola.

Il numero di equivalenti (Ne) si calcola come il rapporto tra la massa in grammi e la massa equivalente:

neq = m / meq

neq è necessario per calcolare la normalità, la quale è definita come il rapporto tra il numero di equivalenti e il volume della soluzione in litri. Attenzione però a non confondere la Normalità con la Molarità (M = n / V) e molalità (m = n / m).

N = neq / V

La massa equivalente si calcola facendo il rapporto tra la massa molare ed un “qualcosa di diverso” a seconda della reazione. In particolare:

• se si tratta di acidi e basi → il numero di protoni o ioni ossidrili che vengono rilasciati da una mole di sostanza
• se si tratta di reazioni redox → il numero di elettroni scambiati dalla sostanza presa in questione
• se si tratta di un sale → le cariche positive/negative (basta guardare uno dei due elettroliti) prodotte dalla dissociazione:
• Acidi e basi: meq = MM / n(H+ o OH–)
• Reazione redox: meq = MM / n(n° di e– scambiati)
• Sale: meq = MM / n(carica + o carica – → occhio a non sommarle)
• Acidi e basi: meq = MM / n(H+ o OH–)
• Reazione redox: meq = MM / n(n° di e– scambiati)
• Sale: meq = MM / n(carica + o carica – → occhio a non sommarle)

Per cui basta sostituire la formula della massa equivalente in quella del numero di equivalenti e si ottiene il risultato voluto. Facendo un esempio pratico se vogliamo calcolare il numero di equivalenti che 10 grammi di HCl rilascia in una dissociazione completa, essendo un acido, dobbiamo vedere quanti protoni rilascia per calcolare la massa equivalente.

HCl → 1H+ → n = 1

ESERCIZIO 1

Calcolare la normalità di una mole di AlBr3 messa in soluzione con 500 ml di acqua (tutti i risultati sono in eq/L).

A. 266

B. 88,5

C. 6

D. 3

E. 1,5

AlBr3 è un sale e in acqua si scompone in Al3+ e 3Br–, le cariche positive/negative sono 3 e quindi n(carica + o carica -) = 3. La massa molare di tale sale è 266, calcolata sapendo che Al = 26 e Br = 80 (per cui 3Br = 240). La meq si calcola come MM / n, sostituendo si ottiene 266 / 3 = 88,5. Il numero di equivalenti si calcola come neq = m / meq Ci manca la massa: sapendo che abbiamo una mole di soluto → n = m / MM; girando la formula si ottiene m = n * MM = 1*266 = 266 Ora possiamo calcolare il numero di equivalenti inserendo m e meq nella formula precedente ed otteniamo → 266 / 88,5 = 3. Infine, calcoliamo la normalità come N = neq / V = 3/0,5 = 1,5. Risposta corretta E

ESERCIZIO 2

Calcolare il volume di una soluzione in cui si trovano 2 moli di HBr se la pressione osmotica vale 100 e le condizioni sono standard.

A. 49,5 L

B. 99 L

C. 198 L

D. 297 L

E. Nessuna delle precedenti

HBr si dissocia in H+ e Br– per cui il coefficiente di Van’t Hoff è pari a due. La pressione osmotica si calcola come π = MRTi = (n/V)RTi e sappiamo che è uguale a 100. Per calcolare il volume dobbiamo sostituire gli altri valori nella formula e isolarlo. La costante dei gas perfetti vale R = 8,3, la temperatura a condizioni standard vale 25°C ma è necessario trasformarli in gradi K sommando +273 per cui la temperatura vale T = 25°C +273 = 298 K. Dalla formula della pressione osmotica possiamo quindi ricavare il volume che risulterà essere uguale a V = nRTi/π = (2 * 8,3 *298 *2) / 100 = 99 L.

Risposta corretta B

Link utili: osmosi