Quando un soluto viene sciolto in un solvente, quest'ultimo subisce dei cambiamenti per alcune proprietà. Le proprietà colligative dipendono dal numero di particelle di soluto presenti nella soluzione e non dalla loro natura.
Abbassamento della tensione di vapore
La tensione di vapore, cioè la pressione che il vapore esercita sulla superficie di una soluzione, dipende dal numero di molecole che riescono a sfuggire dalla superficie del liquido: la presenza di un soluto riduce il numero di particelle che si trovano in superficie e perciò si abbassa la tensione di vapore.
Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico
L'acqua pura bolle a 100°C; se si aggiunge un soluto non volatile il suo punto di ebollizione aumenta (innalzamento ebullioscopico) in quanto il soluto interferisce con l'evaporazione delle molecole di solvente. A parità di concentrazione, si ha un maggiore innalzamento se si aggiunge sale rispetto allo zucchero perché il primo si dissocia in due ioni mentre il secondo no.
ΔTeb = Keb · m
K è una costante che dipende dal tipo di solvente.
Nei composti ionici il risultato va moltiplicato per il numero di ioni generati dall'elettrolita.
Allo stesso modo, quando si aggiunge un soluto nell'acqua, che congela a 0°C, si ha un abbassamento del punto di congelamento (abbassamento crioscopico); per questo motivo si aggiunge l'antigelo nel radiatore dell'automobile.
ΔTcr = Kcr · m
Osmosi
L'osmosi è un processo che si verifica quando due soluzioni a diversa concentrazione sono messe a contatto ma separate da una membrana semipermeabile, cioè che permette il passaggio del solvente ma non del soluto. In questo caso, poiché la concentrazione delle due soluzioni tende all'equilibrio ma il soluto non può spostarsi, si ha una migrazione del solvente dalla zona più diluita verso quella più concentrata.
Si definisce pressione osmotica (p) la pressione necessaria per impedire lo spostamento del solvente attraverso la membrana semipermeabile.
La pressione osmotica si esprime attraverso l'equazione di Van't Hoff:
pV = nRT
dove R è una costante, cioè 0,0082 e T è la temperatura espressa in gradi Kelvin.
Da questa equazione possiamo ricavare la pressione osmotica:
p = c RT
I colloidi
I colloidi sono uno stato intermedio tra le soluzioni omogenee e le sospensioni eterogenee, avendo le dimensioni delle particelle intermedie tra le due. Si presentano torbidi e opalescenti e non valgono le proprietà colligative. Nella dispersione colloidale si ha la fase dispersa al posto del soluto e la fase disperdente al posto del solvente. Se la fase disperdente è maggiore, abbiamo un sol, viceversa si ha un gel.
| colloide | fase dispersa | fase disperdente | esempi |
|---|---|---|---|
| sol e gel | solido | liquido | gelatine |
| sol solido | solido | solido | pietre preziose |
| emulsione | liquido | liquido | maionese |
| aerosol | liquido | gas | nebbia |
| fumo | solido | gas | fumo |
| schiuma | gas | liquido | schiuma |
Attraverso un ultramicroscopio, le particelle mostrano un disordinato movimento continuo detto moto browniano. Se si sottopone un colloide ad un campo elettrico (elettroforesi), le particelle migrano verso i poli e questo dimostra che sono elettricamente cariche. A causa della loro carica, particelle presentano il fenomeno dell'adsorbimento, cioè tendono ad attrarre e trattenere sostanze che vengono a contatto con esso.
I colloidi presentano l'effetto Tyndall: quando un raggio di luce attraversa un colloide viene disperso, diventando visibile lateralmente, come la luce che fende la nebbia. Le soluzioni hanno invece particelle troppo piccole per disperdere la luce.
I sistemi colloidali presentano grande importanza in campo biologico in quanto la maggior parte dei fluidi corporei, il plasma, le membrane cellulari sono colloidi.