Principi di Chimica: Soluzioni, Tipi di Miscugli e Tecniche di Separazione

Introduzione alle Soluzioni Chimiche

Una soluzione è una miscela omogenea di due o più componenti, che non è distinguibile a occhio nudo e ha una composizione uniforme.

Componenti di una Soluzione

• Soluto: la sostanza che si scioglie e si trova in quantità minori.
• Solvente: la sostanza che scioglie il soluto e che è presente in maggiore quantità.

Solubilità

La solubilità di una sostanza in un solvente a una data temperatura è la quantità massima di soluto che può essere disciolta in una quantità fissa di solvente.

Tipi di Soluzioni

• Soluzioni diluite: contengono una piccola quantità di soluto.
• Soluzioni concentrate: contengono una quantità importante di soluto.
• Soluzioni sature: non permettono di disciogliere ulteriore soluto a una temperatura determinata.

Concentrazione

La concentrazione è l'espressione quantitativa che indica la composizione del soluto nella soluzione.

Fattori che Influenzano la Solubilità

• Dei solidi nei liquidi: la solubilità aumenta con l'aumento della temperatura.
• Dei gas nei liquidi: la solubilità diminuisce con l'aumento della temperatura.
• Dei gas nei liquidi: la solubilità aumenta con l'aumento della pressione.
• Una maggiore superficie di contatto del soluto: accelera la dissoluzione.
• Una maggiore agitazione: accelera la dissoluzione.

Formule Utili

Di seguito alcune formule comuni in chimica:

• Percentuale in massa (% m/m): % m/m = (massa del componente / massa della soluzione) * 100
• Percentuale in volume (% v/v): % v/v = (volume del componente / volume della soluzione) * 100
• Concentrazione massa/volume: g/L = massa del componente (g) / volume della soluzione (L)
• Molarità: Mol/L = moli del componente / volume della soluzione (L)

NOTA: L = litri, V = Volume, m = massa, D = densità

Relazioni tra massa, volume e densità:

• D = m / V
• m = V * D
• V = m / D

Classificazione della Materia

Sostanze Pure

Una sostanza pura è formata da una sola classe di sostanze, con una composizione invariabile e proprietà definite. Possono essere di due tipi:

• Elementi: sostanze pure che non possono essere scomposte in sostanze più semplici né con metodi fisici né con metodi chimici. Esempi: O₂, N₂, Ar, Fe, Ag, Au, C.
• Composti: sostanze pure formate dalla combinazione di due o più elementi, che possono essere separati con metodi chimici. Esempio: H₂O può essere scomposto in idrogeno e ossigeno attraverso un processo chiamato elettrolisi.

Esempi: acqua minerale (sostanza pura), acqua di mare (miscela omogenea), gelatina di latte (miscela eterogenea).

Miscugli

I miscugli sono l'unione di due o più sostanze che possono essere separate tramite processi fisici. Questi metodi includono evaporazione, filtrazione, decantazione, distillazione e cristallizzazione. Ci sono due tipi principali di miscugli:

Miscele Omogenee (Soluzioni)

Hanno le stesse proprietà in ogni punto della miscela e i suoi componenti non sono distinguibili a prima vista. Esempi: aria (azoto (N₂), ossigeno (O₂), argon (Ar), vapore acqueo (H₂O(g)), anidride carbonica (CO₂)), sangue (H₂O, cellule del sangue, emoglobina).

Miscele Eterogenee

Quelle in cui i componenti possono essere distinti a occhio nudo e presentano caratteristiche diverse da un punto all'altro della miscela. Esempi: acqua e olio, acqua e sabbia, olio e sale, granito (quarzo, feldspati e mica).

Tecniche per Separare i Componenti di una Miscela

1. Vagliatura (o setacciatura): per separare solidi di dimensioni diverse.
2. Filtrazione: per separare particelle solide da un liquido. Il liquido passa attraverso i pori della carta da filtro, mentre il solido no.
3. Decantazione: per separare liquidi immiscibili o un solido da un liquido.
4. Distillazione: per separare liquidi miscibili con diversi punti di ebollizione.
5. Cristallizzazione: per separare un solido disciolto in un solvente. Il solvente viene evaporato e il solido cristallizza sul fondo e sulle pareti del cristallizzatore.