La dissociazione degli elettroliti in soluzione

Sono definiti elettroliti quei composti chimici che in soluzione acquosa si dissociano parzialmente o totalmente in ioni positivi e negativi. Essi comprendono i sali, gli acidi e le basi.

I sali hanno in prevalenza una struttura ionica, mentre gli acidi e le basi sono in prevalenza composti covalenti polari (nel loro caso è più appropriato dire che si ionizzano).

La dissociazione ionica degli elettroliti in soluzione acquosa fu studiata dal chimico svedese S. Arrhenius (1859-1927) e la sua dimostrazione sperimentale è fornita da due tipi di prove:

• le soluzioni acquose di elettroliti conducono la corrente elettrica grazie alla presenza degli ioni capaci di trasportarla;
• le soluzioni acquose di elettroliti, in base a prove crioscopiche ed ebullioscopiche, dimostrano di contenere un numero maggiore di particelle di quante dovrebbero essercene in base alla loro formula molecolare, a una determinata concentrazione.

La dissociazione degli elettroliti ionici. In un solido ionico i legami sono dovuti all'attrazione elettrostatica tra gli ioni di segno opposto (cationi e anioni) presenti nell'edificio cristallino.

L'acqua possiede una molecola che si comporta come un dipolo elettrico (con una frazione di carica negativa sull'atomo di ossigeno e un'equivalente frazione di carica positiva sui due atomi di idrogeno). Quando un composto ionico è posto a contatto con molecole d'acqua, queste circondano gli ioni, ciascuna orientandosi col proprio polo positivo verso lo ione negativo e col proprio polo negativo verso lo ione positivo: ne deriva un'attrazione tra gli ioni del cristallo e le molecole del solvente che determina una diminuzione dell'attrazione tra gli ioni di segno opposto. Ciò provoca la distruzione del reticolo cristallino.

Ogni ione che lascia il cristallo è circondato da un involucro di molecole di acqua (questo fenomeno è detto idratazione e lo ione è detto idratato). II processo riferito al cloruro di sodio, NaCl, è schematizzato nella figura. Una volta avvenuta la dissoluzione, in soluzione esistono gli ioni cloruro (Cl⁻) e gli ioni sodio (Na⁺) idratati: e (il simbolo aq indica l'idratazione).

La ionizzazione degli elettroliti molecolari. Gli elettroliti molecolari sono sostanze che allo stato puro sono composti molecolari, che non contengono quindi ioni; essi formano ioni solo quando entrano in contatto con l’acqua, in quanto tra elettrolita e acqua avviene una reazione vera e propria: per questo motivo si parla di ionizzazione. Così nel caso del cloruro di idrogeno gassoso (HCl) quando esso viene posto a contatto con l’acqua si ha:

con formazione di una soluzione di acido cloridrico (il protone H⁺ non esiste libero in soluzione, ma unito a una molecola d'acqua come ione idronio H₃O⁺).

Forza degli elettroliti. Gli elettroliti possono essere forti o deboli. Nel primo caso l'elettrolita è totalmente dissociato, nel secondo lo è parzialmente, vale a dire che nella soluzione insieme agli ioni derivanti dalla dissociazione di alcune molecole sono presenti anche molecole non dissociate. La forza di un elettrolita è definita dal suo grado di dissociazione, α:

che rappresenta la frazione di molecole dissociate rispetto alle molecole totali presenti in soluzione (per gli elettroliti forti α = 1, per quelli deboli α è compreso tra 0 e 1). Sono elettroliti forti tutti i sali e alcuni acidi e basi; gli elettroliti deboli includono molti acidi e basi: tutti gli acidi liberano in soluzione ioni H₃O⁺ e i rispettivi anioni; le basi si dissociano in ioni ossidrile OH⁻ e nel corrispondente catione metallico; i sali in cationi del metallo e negli anioni dell'acido da cui derivano.                                                                                                

DISSOCIAZIONE ELETTROLITICA a) Rappresentazione della molecola polare dell'acqua e del cristallo di cloruro di sodio. b) Le molecole di H₂O attaccano il cristallo di NaCl. c) II cristallo è completamente disciolto.