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| Il campione, all'inizio del riscaldamento si presenta colorato di rosso per la presenza dell'indicatore. | Il campione, dopo il riscaldamento si presenta colorato di giallo come l'acqua deionizzata di riferimento. |
Sommario
Cosa dice la legge
L'acqua gassata: un buon esempio di applicazione della legge di Henry
Esperimento 1
Esperimento 2
Esperimento 3
Commento agli esperimenti
Ricapitolazione e ………… un po’ di teoria
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Riscaldare il campione 1 e osservare il cambiamento di colore
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| Il campione, all'inizio del riscaldamento si presenta colorato di rosso per la presenza dell'indicatore. | Il campione, dopo il riscaldamento si presenta colorato di giallo come l'acqua deionizzata di riferimento. |
Prelevare da una bottiglia di acqua gassata due campioni ciascuno
contenente 50 mL di acqua gasata.
Prelevare 50 mL di acqua deionizzata ed utilizzarla come riferimento
Introdurre in ciascun dei tre contenitori 3 gocce di indicatore
rosso metile e osservare la colorazione.
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Agitare il campione 1 e osservare il cambiamento di colore
Il campione dopo agitazione si presenta colorato di giallo come l'acqua deionizzata di riferimento |
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Attaccare il vuoto al campione 1 e osservare il cambiamento di colore.
Dopo che è stato applicato il vuoto, il campione si presenta colorato di giallo come l'acqua deionizzata di riferimento |
I dati di solubilità in mL di gas CO2 sciolti in 1
mL di acqua alla temperatura indicata quando la pressione della CO2
è di 1 atm, sono riportati in tabella :
| T, °C | 0 | 10 | 20 | 40 |
| CO2, mL | 1,71 | 1,19 | 0,88 | 0,53 |
L'agitazione meccanica favorisce la scambio della CO2 con
l'ambiente esterno e il suo allontanamento è dimostrato dal cambiamento
di colore dell'indicatore. La pressione parziale della CO2 nell'ambiente
esterno è alquanto inferiore a quella esistente nella bottiglia
prima che venga aperta; prima dell'apertura la CO2 in soluzione
è in equilibrio con quella in fase gas, l'agitazione meccanica velocizza
il raggiungimento del nuovo equilibrio.
La Legge di Henry mette in evidenza che la solubilità del gas è legata alla pressione del gas sul liquido. Diminuendo la pressione con la pompa da vuoto, diminuisce la quantità di gas sciolto e il cambiamento di colore dell'indicatore dimostra la correttezza della legge.
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CO2(g) + H2O 
H2CO3(aq) |
Keq = 2·10-3 | |
| H2CO3(aq) + H2O
H3O+ + HCO3–(aq) |
KA1 = 4,46·10-7 | pKA1 = 6,35 |
| HCO3-(aq) + H2O
H3O+ + CO32–(aq) |
KA2 = 4,68·10-11 | pKA2 = 10,33 |
La concentrazione delle specie chimiche generate dalla dissoluzione dell'anidride carbonica in un corpo idrico dipende dal pH
- A pH inferiore a pKA1 = 6,35 si ha essenzialmente una soluzione di CO2 in acqua
- A pH superiore a pKA2 = 10,33 si ha essenzialmente una soluzione di carbonati
- A valori intermedi di pH si ha una predominanza dello ione bicarbonato HCO3– che raggiunge la sua massima concentrazione (98%) a pH = 8,34
Il chimico fisico francese François Marie Raoult (1830-1901) stabilì che la pressione del vapore saturo (PVS: pressione che caratterizza il vapore in equilibrio con la propria fase condensata ) di un componente in una soluzione ideale è uguale al prodotto della PVS del componente puro, PAo, per la frazione molare, xA:
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diagramma ideale |
Soluzioni di sostanze con struttura chimica simile possono formare soluzioni
ideali, viceversa soluzione di componenti diversi formano soluzioni che
"deviano" dalla linearità rappresentata dalla legge di Raoult
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diagramma con deviazioni |
Tuttavia anche nei casi di soluzioni “non ideali” è possibile ricondurre il comportamento reale a un modello teorico: per il componente in eccesso (solvente) è valida la legge di Raoult, cioè il coefficiente di proporzionalità tra la pressione di vapor saturo e la frazione molare è la pressione di vapore standard: PA = PoA·xA
In alcuni casi reali è possibile trovare una proporzionalità diretta tra la PVS del soluto e la sua frazione molare, anche se il coefficiente di proporzionalità non corrisponde a quello della legge di Raoult.
La relazione matematica che corrisponde al comportamento del soluto in soluzioni ideali diluite è rappresentata dalla legge di Henry espressa in funzione della frazione molare:
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Dal diagramma si vede come una soluzione reale, per basse concentrazioni del soluto A (xA << 1), segua la legge di Henry per il soluto e la legge di Raoult per il solvente |
Alcuni valori della costante di Henry, a 298 K, per alcuni gas in acqua,
sono riportati nella seguente tabella
| Gas |
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| kH (torr) |
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Dalla tabella si può vedere come a parità di pressione parziale del gas, PA, xA è inversamente proporzionale a k, (xA= PA/k). Ne consegue che ad esempio in acqua l’ossigeno è più solubile dell’azoto (la percentuale di ossigeno nell'aria disciolta nell’acqua arriva al 30% circa contro il 20% dell’atmosfera).
Il chimico fisico inglese William Henry (1775-1836) aveva già
dimostrato nel 1803 che la solubilità di un gas in un liquido è
proporzionale alla pressione del gas e dipende dalla temperatura.
Infatti la legge di Henry può essere espressa anche dalla relazione
C = concentrazione del gas nella soluzione (V/V)Dati riferiti alla CO2 in acqua
m = coefficiente di assorbimento del gas (P-1)
P = pressione del gas
| Temperatura (°C) |
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| m (atm-1) |
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Il coefficiente di assorbimento del gas m esprime il volume di gas che si scioglie in 1 volume unitario di liquido a 1 atm: ad esempio a 20°C in 1 mL di acqua si sciolgono 0,88 mL di CO2 se la pressione esterna di CO2 è di 1 atm.
L’atmosfera è una miscela di gas, la cui composizione media è riportata nella seguente tabella
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In conclusione per le soluzioni “non ideali” si può utilizzare
la legge di Raoult per il solvente in soluzioni diluite e la legge di Henry
per i soluti