Soluzioni
  • La molalità di una soluzione indica il numero di moli di soluto contenute in 1 chilogrammo di solvente; la molalità è detta anche concentrazione molale e si indica con la lettera b.

    La definizione di molalità coinvolge i concetti di soluto e solvente, per cui conviene ricordare cosa sono per evitare di fare confusione.

    Data una soluzione, ossia un miscuglio omogeneo di due o più componenti:

    - il solvente è la sostanza presente in quantità maggiore e che è capace di sciogliere;

    - il soluto è la sostanza presente in minor quantità e che si scioglie nel solvente.

    Ad esempio, nell'acqua salata (soluzione) il solvente è l'acqua e il soluto è il sale.

    Come si calcola la molalità

    Per calcolare la molalità di una soluzione si deve dividere il numero di moli di soluto per la massa del solvente.

    Indicando con b la molalità, con n il numero di moli di soluto e con m la massa del solvente, la formula per il calcolo della molalità è la seguente

    b=\frac{n}{m}

    L'unità di misura della molalità è mole su chilogrammo (mol/kg)

    b\ \to\ \frac{\mbox{mol}}{\mbox{kg}}

    Esempio sul calcolo della molalità

    Trovare la molalità della soluzione ottenuta sciogliendo 120 grammi di idrossido di sodio in 0,5 kilogrammi d'acqua.

    Svolgimento: per calcolare la molalità della soluzione dobbiamo dividere il numero di moli contenute in 120 grammi di idrossido di sodio (soluto) per 0,5 kg d'acqua, che è la massa del solvente

    b=\frac{n}{m}

    In riferimento al soluto, il numero di moli n si ottiene dividendo la massa in grammi m^g per la massa molare M_m

    n=\frac{m^g}{\mbox{M_m}}

    - la massa in grammi, fornita dal testo del problema, è 120 g;

    - la massa molare si ricava moltiplicando il peso molecolare dell'idrossido di sodio per 1 g/mol

    M_m=\mbox{PM}\cdot \left(1\ \frac{\mbox{g}}{\mbox{mol}}\right)

    Calcoliamo quindi il peso molecolare dell'idrossido di sodio, che è dato dalla somma dei pesi atomici degli atomi che formano una molecola di idrossido di sodio.

    La formula chimica dell'idrossido di sodio è NaOH, ossia una molecola di idrossido di sodio è formata da un atomo di sodio (Na), un atomo di ossigeno (O) e un atomo di idrogeno (H).

    Il peso atomico di ciascun elemento può essere letto sulla tavola periodica:

    - il peso atomico del sodio è PA(Na)=22,99;

    - il peso atomico dell'ossigeno è PA(O)=16;

    - il peso atomico dell'idrogeno è PA(H)=1,008.

    Sommando questi tre valori otteniamo il peso molecolare dell'idrossido di sodio

    \mbox{PM}_{NaOH}=\mbox{PA}_{Na}+\mbox{PA}_O+\mbox{PA}_{H}=\\ \\ =22,99+16+1,008 = 39,998 \simeq 40

    A questo punto possiamo calcolare la massa molare dell'idrossido di sodio, che si ottiene moltiplicando il valore del peso molecolare per 1 g/mol.

    M_{m,NaOH}=40 \cdot \left(1 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{mol}}\right) = 40 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{mol}}

    A questo punto disponiamo di tutti i dati necessari per calcolare il numero di moli contenute in 120 grammi di NaOH.

    n_{NaOH} =\frac{m^g_{NaOH}}{M_{m,NaOH}}= \frac{120 \mbox{ g}}{40 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{mol}}}=3 \ \mbox{ mol}

    Abbiamo finito: la molità di 120 grammi di idrossido di sodio sciolti in 0,5 kg d'acqua si ottiene dividendo il numero di moli contenute in 120 grammi di idrossido di sodio per la massa dell'acqua.

    b=\frac{n_{NaOH}}{m_{H2O}}=\frac{3 \mbox{ mol}}{0,5 \mbox{ kg}} = 6 \ \frac{\mbox{mol}}{\mbox{kg}}

    Formule inverse della molalità

    Come già sappiamo in base alla definizione, la molalità si ottiene dividendo il numero di moli di soluto per la massa del solvente.

    b=\frac{n}{m}

    Dalla formula precedente possiamo ricavare le due formule inverse della molalità

    (1) \ n = b \cdot m

    con la quale è possibile trovare il numero di moli di soluto moltiplicando la molalità per la massa del solvente

    (2) \ m=\frac{n}{b}

    con cui si può calcolare la massa del solvente dividendo il numero di moli di soluto per la molalità.

    Differenza tra molalità e molarità

    Sebbene i nomi possano trarre in inganno, molalità e molarità sono due concetti ben distinti:

    - la molalità indica il numero di moli di soluto contenute in 1 chilogrammo di solvente;

    - la molarità, detta anche concentrazione molare, esprime il numero di moli di soluto contenute in 1 litro di soluzione.

    Dal confronto tra le due definizionie si capisce subito qual è la differenza tra molalità e molarità: la prima si riferisce alla massa del solvente, mentre la seconda si riferisce al volume della soluzione.

    In Chimica si preferisce l'uso della molalità a quello della molarità, essenzialmente per due motivi:

    - la molalità viene calcolata mediante la massa del solvente, che è una grandezza che rimane costante al variare della temperatura;

    - la molarità si calcola con il volume della soluzione, che varia al variare della temperatura.

    Ad esempio, se si considera 1 litro d'acqua in cui è stata disciolta 1 mole di soluto, all'aumentare della temperatura il volume dell'acqua aumenta, mentre la massa rimane costante. Di conseguenza la molalità (che dipende dalla massa) rimane la stessa, mentre la molarità diminuisce in quanto è inversamente proporzionale al volume.

    ***

    Chiudiamo in bellezza con alcuni spunti di approfondimento:

     

    Numero atomicoNumero di massa
    Unità di massa atomicaMassa molare
    Massa atomica (massa atomica assoluta)Numero di moli
    Peso atomico (massa atomica relativa)Concentrazione molare
    Massa molecolare (massa molecolare assoluta)Volume molare
    Peso molecolare (massa molecolare relativa)Frazione molare
    Risposta di Galois
 
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