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Gli stati di aggregazione della materia

La solubilità

Eccettuati gli aeriformi e alcuni liquidi (come l’acetone e l’acqua) che si sciolgono reciprocamente in tutte le proporzioni, esiste un limite alla possibilità di un soluto di sciogliersi in un solvente a una certa temperatura: se viene superato questo limite il soluto non si scioglie più e può eventualmente rimanere presente come corpo di fondo nella soluzione. In queste condizioni la soluzione viene detta satura.

Per solubilità di una sostanza in un solvente in certe condizioni di temperatura (e, per i gas, anche di pressione) si intende la quantità di quella sostanza (espressa in grammi) che si scioglie in 100 g di solvente per dare una soluzione satura. In una soluzione diluita, la quantità di soluto è assai inferiore rispetto al limite di saturazione, mentre in una soluzione concentrata la quantità di soluto è di poco inferiore rispetto al limite di saturazione.

II processo di solubilizzazione

A temperatura costante, la solubilizzazione di un soluto in un solvente dipende dalla loro rispettiva struttura chimica (l'influenza della temperatura sulla solubilità è descritta più avanti). I soluti possono essere di tipo ionico (per esempio, solidi ionici come i sali), di tipo covalente polare (per esempio, solidi come lo zucchero, o liquidi come l'etanolo) o di tipo covalente non polare (per esempio, oli, grassi).

I solventi generalmente impiegati possono presentare una struttura covalente polare (come l'acqua) o non polare (per esempio, il benzene).

Secondo una regola empirica tradizionale, ogni sostanza tende a sciogliere sostanze con caratteristiche simili alle proprie. In queste condizioni, infatti, le sostanze sono facilmente miscibili tra di loro e le forze attrattive che si creano tra il soluto e il solvente sono dello stesso tipo e della stessa intensità di quelle esistenti tra le molecole del soluto e tra le molecole del solvente separati. Le molecole di solvente possono così agevolmente circondare le particelle (ioni o molecole) di soluto interagendo con esse: questo processo è detto solvatazione e nel caso dell'acqua prende il nome di idratazione. Di conseguenza:

  1. soluti ionici e polari tendono a sciogliersi in solventi polari (nel caso dell'acqua, tipico solvente polare, se i soluti sono elettroliti, il processo di dissoluzione è accompagnato dalla loro scissione in ioni, attraverso la dissociazione e la ionizzazione;
  2. soluti non polari o leggermente polari tendono a sciogliersi in solventi non polari (i grassi, per esempio, si sciolgono in benzene, C6H6, o in tetracloruro di carbonio, CCl4);
  3. soluti polari non sono invece solubili in solventi non polari (l'acqua, per esempio, non si scioglie nella benzina).

Solubilità e temperatura

La formazione di una soluzione può essere schematizzata nel modo seguente:

dove Q rappresenta il calore di soluzione: se questo è positivo, il processo di soluzione è esotermico (libera calore), se è negativo il processo è endotermico (assorbe calore). In base al principio di Le-Chatelier-Brown, se il processo di soluzione è endotermico la solubilità della sostanza aumenta all’aumentare della temperatura, se il processo è esotermico la solubilità diminuisce all’aumentare della temperatura. In realtà, la solubilità delle sostanze non sempre segue questo andamento e perciò deve essere determinata sperimentalmente.

Solubilità dei gas nei liquidi

Nel caso di gas che non reagiscono con il solvente, vale la legge di Henry, secondo cui la solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale nella fase gassosa (cioè al di sopra della soluzione):

dove Cg è la concentrazione del gas nella soluzione, Pg è la sua pressione parziale e k è una costante di proporzionalità che dipende sia dal soluto che dal solvente. Inoltre, la solubilità dei gas di solito è un processo esotermico e diminuisce con l'aumentare della temperatura (infatti basta riscaldare un liquido per eliminare i gas in esso disciolti).

Quando il gas reagisce con il solvente la solubilità è in genere maggiore (in questo caso non è più seguita la legge di Henry).

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