Soluzione e reazione

Una soluzione è una miscela omogenea a livello molecolare di due o più sostanze in cui non intervenga il fenomeno della sedimentazione. In essa si identifica un solvente, ovvero il mezzo entro cui è disciolto il soluto. Il soluto spesso è presente sotto forma di molecole o ioni. Convenzionalmente il soluto è definito come la sostanza che si trova in quantità minore, mentre il solvente è quello che si trova in quantità maggiori,anche se questa definizione perde di significato qualora noi prendiamo una quantità di solvente pari alla quantità di soluto.

Per soluzione non si intende solo una miscela tra liquidi, ma anche tra un gas e un liquido,e un solido e un liquido.
Per quanto riguarda la miscela tra solido e liquido, dobbiamo stabilire se essa è solubile o meno, o se interagisce col solvente dando luogo a reazioni.
La soluzione infatti è definita tale solo se dopo l'aggiunta di soluto, le parti di cui è composta si possono ancora seperare tramite tecniche di separazione.
Se soluto e solvente invece non possono più separarsi, si dice che è avvenuta una reazione, quindi la soluzione perde il suo significato originario.
Nel momento in cui poniamo un soluto in un solvente,ha luogo il processo di solubilizzazione. E' un processo che può essere termodinamicamente favorito o sfavorito a secondo della variazione di energia della soluzione.
Infatti quando si pone un soluto in un mezzo acquoso, si modifica l'apporto di entalpia del sistema, che per le soluzioni viene definito entalpia molare di soluzione, ovvero il calore scambiato quando una mole di soluto si scioglie in un litro di solvente.
A seconda del contributo dell'Entalpia Molare di Soluzione e del contributo dell'entropia (che per le soluzioni è sempre positiva in quanto si aumenta il disordine generale del sistema) le soluzioni possono essere spontanee o non spontanee.
Possiamo giustificare il cambiamento dell'entalpia, ovvero il cambiamento del calore, attraverso il fenomeno della dissoluzione, in cui le molecole del soluto rompono i legami che le tenevano insieme, e vanno ad istaurarare legami con il soluto. Esso avviene in questo modo:
1) Le particelle del soluto si separano le une dalle altre, nel caso di sali, dissociano nei loro ioni costituenti.
Questo passaggio necessita energia,sotto forma di calore. entalpia positiva.
2) Il solvente cerca di allentare i propri legami intermolecolari per fare spazio al soluto.
Questo passaggio necessita energia. L'entalpia è positiva.
3) Soluto e solvente instaurano nuovi legami tra loro. Il processo rilascia energia, quindi L'entalpia è negativa.
Se la quantità totale di energia, sotto forma di calore, che viene rilasciata nel terzo stadio è superiore ai contributi di calore che sono stati necessari per i primi due passaggi,la soluzione sarà spontanea perchè nel complesso si avrà una variazione di energia libera negativa. Si potrà anche dire che complessivamente il processo è esotermico,perchè la quantità di calore ceduta è superiore a quella che abbiamo investito per rompere i legami nei primi due passaggi.
Al contrario la soluzione sarà termodinamicamente sfavorita.
Questo discorso è valido per tutte le molecole che presentano legami ionici, i sali, che possono ionizzare a contatto con l'acqua.
Per le sostanze solide invece il discorso cambia, in quanto dobbiamo cambiare la fase in cui si trovano e portarla a liquida o gassosa.
La solubilizzazione quindi risulta diversa e caratterizzata da momenti differenti.
Per il passaggio da solido a gas infatti c'è bisogno di fornire calore alla molecola solida, fornendo un energia pari all'energia reticolare di cui è fornita la sostanza. A questo punto gli ioni gassosi possono essere circondati dall'acqua,(o da qualsiasi soluto),rialasciando cosi l'energia di idratazione.
Se l'energia di idratazione rilasciata supera quella che è stata necessaria per la conversione del solido in gas, la soluzione è termodinamicamente favorita, ed è quindi spontanea ed esotermica.
In realtà non tutte le sostanze sono solubili nei solventi. Innanzitutto dobbiamo tenere conto che Il simile scioglie il simile quindi composti polari, potranno sciogliersi solo in solventi polari,e composti apolari potranno sciogliersi in solventi apolari.
Esistono poi quelle sostanze che poste in un solvente che presenta stesse caratteristiche non si solublizza, o si solubilizza parzialmente dando luogo ad un precipitato di fondo.
Ogni sostanza quindi ha un suo grado di solubilità. La solubilità è un valore della concentrazione, che permette ad un soluto di solubilizzarsi completamente.
Valori di concentrazioni maggiore non permettono alla sostanza di sciogliersi nel soluto e permettono la formazione del corpo di fondo.
La solubilità è strettamente legata ai valori di entalpia e di entropia, ed è favorita da valori di entalapia negativi e valori di entropia positivi in quanto la soluzione è favorita se rilascia energia e se il grado di disordine dopo la sua formazione è maggiore di quello che esisteva prima della sua formazione.
Inoltre è favorita per soluzioni che presentano:
- Attrazioni deboli soluto-soluto
- Attrazioni deboli solvente-solvente
- Attrazioni forti soluto-solvente
La solubilità è definita quindi come la massima quantità di soluto che può essere disciolta in un solvente ed è misurata in g soluto/100 g solvente.
Il punto di solublità, è anche detto punto di saturazione.
In una soluzione satura il soluto e il solvente sono in equilibrio dinamico, e non è presente il corpo di fondo.
Il punto di solubilità può essere variata da alcuni fattori come temperatura, e pressione.
Infatti aumentando la temperatura ad un soluzione esotermica diminuiremo la solubilità.
Al contrario aumentando la temperatura ad un soluzione endotermica aumenteremo la solubilità.
I gas invece possono essere resi più solubili grazie ad un aumento di pressione.