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Considerando il caso delle soluzioni solido-liquido, si è osservato che esse manifestano alcune proprietà chimico-fisiche che dipendono esclusivamente dal numero di particelle di soluto presenti nel solvente, mentre sono indipendenti dalla natura del soluto. In quanto collegate alla concentrazione della soluzione, tali proprietà sono dette colligative, e riguardano i seguenti fenomeni: l'abbassamento della tensione di vapore; l'innalzamento del punto di ebollizione; l'abbassamento del punto di congelamento; la pressione osmotica.
Abbassamento della tensione di vapore
In una soluzione la tensione di vapore del solvente viene diminuita dalla presenza di un soluto e tale abbassamento è proporzionale alla concentrazione di soluto espressa come frazione molare (legge di Raoult):
dove ΔP è l'abbassamento della tensione di vapore, Xsoluto, è la frazione molare del soluto e Po è la tensione di vapore del solvente puro. Questo comportamento è spiegabile se si considera che in una soluzione solo una parte delle particelle è costituita da solvente, mentre la parte restante è costituita dalle particelle di soluto, la cui tensione di vapore (se non è volatile) è praticamente trascurabile; di conseguenza le molecole di solvente hanno minore probabilità di evaporare rispetto a quanto accade nel solvente puro (tale probabilità, inoltre, è tanto minore quanto maggiore è la quantità di soluto disciolto nella soluzione).
Innalzamento del punto di ebollizione
L'aumento della temperatura di ebollizione di una soluzione rispetto al solvente puro, o innalzamento ebullioscopico, è una conseguenza dell'abbassamento della tensione di vapore della soluzione. L'innalzamento del punto di ebollizione è proporzionale alla molalità della soluzione:
dove ΔTeb è l'innalzamento ebullioscopico Keb è una costante detta costante ebullioscopica e m è la concentrazione molale della soluzione (nel caso dell'acqua tale costante vale 0,52, per cui ogni soluto presente nella concentrazione di 1 mol per 1000 g di acqua provoca un innalzamento di 0,52 °C del punto di ebollizione).
Abbassamento del punto di solidificazione
La diminuzione della temperatura di solidificazione di una soluzione rispetto al solvente puro, o abbassamento crioscopico, è una conseguenza dell'abbassamento della tensione di vapore, ed è proporzionale alla molalità della soluzione:
dove ΔTc è l'abbassamento crioscopico, Kc è una costante detta costante crioscopica molale e m è la concentrazione molale della soluzione (la costante crioscopica dell'acqua vale 1,86: 1 mol di soluto disciolta in 1000 g di acqua provoca un abbassamento di 1,86 °C del punto di congelamento).
Pressione osmotica
Quando si interpone tra una soluzione e il solvente puro una membrana semipermeabile, che si lascia attraversare dalle piccole molecole del solvente (per esempio, acqua), ma non da quelle del soluto (per esempio, un sale), si osserva il fenomeno dell'osmosi: le molecole di solvente fluiscono spontaneamente dal solvente puro alla soluzione, che in tal modo viene progressivamente diluita. Il processo prosegue fino a che si crea una situazione di equilibrio: l'eccesso di solvente nella soluzione fa sì che in questo si crei una pressione (detta idrostatica nel caso dell'acqua), misurata dal dislivello h tra i due liquidi, che si oppone a ogni ulteriore passaggio di solvente. La pressione esercitata dalla colonna di soluzione di altezza h è uguale alla pressione osmotica, π, della soluzione. Esiste una relazione quantitativa tra pressione osmotica e concentrazione del soluto. Se le soluzioni sono diluite è valida una legge del tutto analoga a quella dei gas ideali:
dove n = numero di moli del soluto, V = volume della soluzione, R = costante universale dei gas e T = temperatura assoluta.
Proprietà colligative delle soluzioni di elettroliti
A causa della dissociazione elettrolitica, le proprietà colligative (dipendenti soltanto dal numero di particelle di soluto, siano esse molecole o ioni) risultano per questo tipo di soluzioni molto più pronunciate di quanto sarebbe prevedibile in base alla concentrazione molale del soluto.
Per esempio, una soluzione, 1 m di cloruro di sodio (NaCl) dovrebbe manifestare un abbassamento crioscopico ΔTc = −1,86 °C. Invece, a causa della dissociazione del sale 
da una mole di NaCl si ottengono due moli di ioni per cui l’abbassamento crioscopico è Tc = 2·(−1,86 °C).
Esercizion.1
Calcola la temperatura di ebollizione di una soluzione di glucosio, C6H12O6 ottenuta sciogliendo 50,00 g del composto in 750,00 g di acqua.
Risoluzione.
La relazione che permette di calcolare la temperatura di ebollizione di una soluzione è:
Tesoluzione- Tesolvente=Keb·m·i
Keb dell’acqua=0,52ºCkg/mol
m = numero di moli di soluto/chilogrammo di solvente, per cui l’unità di misura è mol/Kg
numero di moli di soluto = massa di soluto/massa molare del soluto ,
nº moli di C6H12O6= 50g/180,16g/ mol = 0,278mol
m = 0,278mol/0,750 Kg=0,37mol/ Kg
Tesoluzione- 100ºC=0,52ºCkg/mol ·0,37mol/ Kg ·1 i= 1 perché il glucosio non è un elettrolita
Tesoluzione- 100ºC=0,19ºC
Tesoluzione=100,19ºC .
NaCl, MgCl2, sono elettroliti nel primo caso i= 2 nel secondo caso i= 3.
Usando la seguente relazione
Tcsolvente- Tcsoluzione=Kc·m·i dove Kc dell’acqua 1,86ºCkg/mol
Esercizio n.1
Calcola a quale temperatura congela una soluzione ottenuta sciogliendo 180g di glucosio, C6H12O6, in 2Kg di acqua.
Esercizio n.2
Calcola la temperatura di congelamento di una soluzione ottenuta sciogliendo 58,5g di NaCl in 1
Kg di acqua.
Esercizio n.3
Quale soluzione contiene il maggior numero di moli di ioni?
Esercizio n.4
Quale tra le soluzioni acquose seguenti ha la temperatura di ebollizione più alta?
Esercizio n.5
Una soluzione è formata da 80,00 g di urea, CO(NH2)2 (MM= 60,059) in 1000 g di acqua.
Calcola la sua tensione di vapore, sapendo che l'acqua a 20 °C ha una tensione di
vapore P = 17,5 mm Hg.
Esercizio n.6
Calcola la molalità (m) della soluzione di un composto organico in benzene (Keb = 2,57;
teb = 80,1 °C), sapendo che la soluzione bolle a 85,0 °C (P = 1 atm).
Esercizio n.7
Calcola la temperatura di ebollizione di una soluzione di glucosio, C6H12O6 (MM =
180,16), ottenuta sciogliendo 50,00 g del composto in 750,00 g di acqua.
Esercizio n.8
Calcola la massa (g) di glicerolo, C3H8O3 (MM = 92,097) che, sciolto in 150,00 mL di
acqua provoca un innalzamento ebulliscopico di 0,12 °C.
concentrazione delle soluzioni
Esercizi 1
Calcolare il numero di grammi di idrossido di potassio contenuti in 153 ml di soluzione 0,180 M.
Esercizi 2
10,15 g di NaOH vengono mescolati con 70,55 g di H2O . Calcolare le percentuali in peso dei due
componenti.
Esercizi 3 Calcola la molalità delle seguenti soluzioni:
c) 2g di NaCl in 80g di H2O
d) 45 g di KCl in 400mL di H2O
Fonte: http://www.itimedi.it/area-download-lezioni/category/32-profssa-auriemma-giuseppina?download=93%3Aclasse-2ag-proprieta-colligative
Sito web da visitare: http://www.itimedi.it/
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