Soluzioni - Unità fondamentale nella chimica delle miscele

Soluzioni

Una soluzione è una miscela omogenea costituita da almeno due componenti (solvente e soluto) le cui quantità relative possono essere variare con continuità.

Il solvente è il componente che si presenta nello stesso stato di aggregazione della soluzione ed è la specie presente nella soluzione in quantità maggiore. Il soluto è la sostanza che viene sciolta dal solvente ed è presente nella soluzione in quantità minore.

In base alla fase in cui si presentano, si distinguono soluzioni:
• Gassose --> miscele di gas in cui non si fa distinzione tra soluto e solvente;
• Liquide --> il solvente è liquido, il soluto può essere solido, liquido o gassoso;
• Solide --> il solvente è solido, il soluto può essere solido, liquido o gassoso.

L’acqua del mare è una soluzione liquida, l’aria una soluzione gassosa; le leghe (es. bronzo, costituito da rame e stagno) sono soluzioni solide.

Processo di dissoluzione

Il processo di dispersione delle particelle di soluto tra le molecole del sovente prende il nome di dissoluzione o solvatazione. Alla fine di tale processo tutte le particelle di soluto sono state separate le une dalla altre e sono state circondate dalle molecole del solvente; si dice allora che le particelle sono solvatate.

La solvatazione è possibile se le forze attrattive che si instaurano tra le particelle di soluto e solvente sono sufficienti a controbilanciare quelle tra le particelle del solvente da un lato e tra le particelle del soluto dall’altro.

Quando il solvente è l’acqua, il processo prende il nome di idratazione e si dice che le particelle sono idratate. L’idratazione è un caso particolare di solvatazione. L’acqua è un buon solvente per la maggior parte dei composti ionici in quanto, grazie alla sua polarità, è in grado di solvatare sia cationi sia anioni.

Solubilità

La quantità di soluto che si può sciogliere in una data quantità di solvente non è illimitata.

Una soluzione satura è una soluzione contenente la massima quantità di un dato soluto che un dato volume di solvente è in grado di sciogliere a una certa temperatura. Se si aggiunge un’ulteriore quantità di soluto a una soluzione satura, il soluto aggiunto non si scioglie e precipita come corpo di fondo.

Una soluzione che contiene una quantità di soluto inferiore a quella presente in una soluzione satura è una soluzione insatura. Una soluzione che contiene una quantità di soluto maggiore di quella della soluzione satura è detta sovrassatura. Una soluzione contenente una concentrazione di soluto relativamente alta viene detta concentrata.

Ci sono dei fattori che influenzano la solubilità:
1. Natura del solvente e del soluto e interazioni tra di essi
Le sostanze in cui le particelle sono unite da forze intermolecolari simili tendono a esser solubili le une nelle altre. In generale si può affermare che “il simile scioglie il simile”.

Temperatura

La solubilità delle sostanze la cui dissoluzione è un processo endotermico aumenta all’aumentare della temperatura. La solubilità delle sostanze la cui dissoluzione è un processo esotermico diminuisce all’aumentare della temperatura.

Pressione

Questo parametro influenza la solubilità dei gas nei liquidi. La solubilità di un gas in un liquido è infatti proporzionale alla pressione parziale del gas sopra la soluzione.

Ci sono anche dei fattori che, invece, influenzano la velocità della dissoluzione:
1. Agitazione --> agitando la soluzione si aumenta la velocità di dissoluzione del soluto nel solvente;
2. Temperatura --> aumentando la temperatura, aumenta la velocità della reazione di dissoluzione;
3. Grado di suddivisione del soluto --> maggiore è la suddivisione del soluto, maggiore è la superficie di contatto tra il solvente e il soluto e maggiore è quindi la velocità della reazione di dissoluzione.

Soluzioni acquose

Le soluzioni più comuni sono le soluzioni acquose, nelle quali il solvente è l’acqua. L’acqua, infatti, è un ottimo solvente: è un dipolo e può formare legami ad idrogeno o legami ione – dipolo con il soluto.

Concentrazione delle soluzioni

La concentrazione di una soluzione esprime il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione o di solvente. La concentrazione di una soluzione può essere espressa con diverse unità di misura.

• Composizione percentuale peso / peso (%p/p)
La composizione percentuale peso / peso indica il numero di grammi di soluto contenuti in 100 grammi di soluzione.

% p/p = massa soluto (g) / massa soluzione (g) x 100

• Composizione percentuale peso / volume (%p/V)
La composizione percentuale peso / volume indica il numero di grammi di soluto contenuti in 100 millilitri di soluzione.

% p/V = massa soluto (g) / volume soluzione (mL) x 100

• Molarità (M)
La moralità indica il numero di moli di soluto contenute in un litro di soluzione.

M = n (mol) / V (L)

• Molalità (m)
La molalità indica il numero di moli di soluto disciolte in 1 kg di solvente.

m = n (mol) / massa solvente (kg)

[Per soluzioni acquose molto diluite, i valori della molarità e molalità sono praticamente coincidenti.]

• Frazione molare
La frazione molare esprime il rapporto fra il numero di moli di un componente e il numero di moli totali di tutti i componenti la soluzione.
La frazione molare è un numero sempre compreso tra 0 e 1. La somma delle frazioni molari di tutti i componenti del sistema è sempre uguale a 1.

XA = n componente A (mol) / n totali (mol)