Sostanze

Perché le sostanze si sciolgono?

Le sostanze tendono a miscelarsi tra loro; tale fenomeno si deve, soprattutto, all’agitazione termica delle particelle che le porta a disperdersi disordintaneamente le une in mezzo alle altre. La naturale tendenza al mescolarsi, tuttavia, non può essere l’unico fattore che governa questo tipo di processi. Se così fosse, tutte le sostanze dovrebbero sciogliersi in qualsiasi solvente. Una soluzione, infatti, risulta costituita da un soluto e un solvente capaci di formare insieme un miscuglio omogeneo, che presenta cioè le stesse proprietà intensive in ciascun punto. Il processo di dispersione richiede che le particelle di una stessa sostanza si separino le une dalle altre e , nella maggior parte dei casi, ciò comporta la rottura di legami. Affinché si formi una soluzione, è necessario che si rompano tutti i legami tra le particelle di soluto e molti legami tra le particelle del solvente. Al loro posto, si formeranno nuovi legami tra le particelle di soluto e di solvente. La natura dei legami che si devono spezzare è di estrema importanza, perché rompere legami libera energia mentre la formazione di nuovi legami libera energia. Il bilancio energetico che ne deriva influisce inevitabilmente sul sistema in quanto ogni sistema materiale tende ad assumere il valore minore possibile di energia potenziale. La formazione di una soluzione è favorita dalla naturale tendenza al mescolamento ma è influenzata dalla tendenza ad assumere il valore minore di energia potenziale. Le forze attrattive che si instaurano tra le particelle di solvente e di soluto inducono le particelle di solvente a circondare quelle di soluto. Tale fenomeno è chiamato solvatazione. Quando il solvente è l’acqua, la solavatazione prende il nome d’idratazione.

Soluzioni acquose ed elettroliti
I composti ionici come NaCl, posti in acqua, liberano ioni positivi e negativi impacchettati in reticoli cristallini grazie all’azione di molecole d’acqua. Esse interferiscono con il legame ionico e separano gli ioni di carica opposta già presenti nel solido. Questo processo viene chiamato dissociazione. Esse si orientano in modo da rivolgere la parziale carica positiva presente sugli atomi d’idrogeno verso lo ione negativo e la parziale carica negativa dell’ossigeno verso lo ione positivo. Si formano, pertanto, degli ioni idratati, cioè circondati da molecole di acqua. I composti polari,come l’acido cloridrico, HCl, e tutti gli altri acidi, formano soluzioni in cui le molecole dipolari dell’acqua rompono il legame covalente tra l’atomo d’idrogeno e il metallo. Questo fenomeno è chiamato ionizzazione in quanto comporta la formazione di ioni dopo la rottura di legami covalenti. In generale tutti i composti che in soluzione acquosa formano ioni per dissociazione o ionizzazione sono chiamati elettroliti. Un elettorati è una sostanza che rende elettricamente conduttrice la soluzione acquosa in cui è disciolta. Tutti i solidi ionici, quando si sciolgono in acqua, liberano un grande numero di ioni e formano soluzioni con un’elevata conducibilità elettrica; sono per questo chiamati elettroliti forti. Soluti che presentano una conducibilità elettrica inferiore a quella di un elettrolita forte di uguale concentrazione, sono chiamati elettroliti deboli. La differenza nella conducibilità elettrica delle soluzione acquose, quindi, ci permette di riconoscere la natura del soluto perché ci dà informazioni sul tipo di legame chimico che unisce i suoi atomi.

La concentrazione delle soluzioni
Poiché le soluzioni sono miscugli, le quantità di soluto e solvente che le costituiscono possono variare entrare intervalli molto ampi. La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente , o di soluzione, in cui il soluto è disciolto. La concentrazione indica, quindi, la quantità di soluto presente in una quantità unitaria di solvente o di soluzione.

Le concentrazioni percentuali
La concentrazione percentuale in massa % m/m, indica la quantità di soluto, sciolta in 100g di soluzione: %m/m= m soluto(g) / m soluzione (g) * 100
La concentrazione percentuale su volume %m/V = m soluto (g) / V soluzione (mL) * 100
La concentrazione percentuale in volume % V/V = V soluto (mL) / V soluzione (mL) * 100
La concentrazione in parti per milione, ppm = m soluto/ (m soluzione * 10 ^6) e le parti per milione in volume : ppm = V soluto / (V soluzione *10^6)

La molarità o concentrazione molare M
La molarità è data dal rapporto tra il numero di n moli di soluto e il volume V della soluzione, espresso in litri:
molarità = M = n soluto(mol) / V soluzione (L)

La molalità o concentrazione molale m
La molalità è data dal rapporto tra il numero di n moli di soluto e la massa del solvente, espressa in chilogrammi:
molalità = m = n soluto (mol)/ m solvente (kg)

La frazione molare
La frazione molare X di ogni componente di una soluzione è il rapporto tra il numero di moli di quel componente e il numero totale di moli di tutti i componenti:
Xa= na/ (na+nb+nc…nz)

L’effetto del soluto sul solvente:
Le proprietà colligative
Il soluto altera profondamente il comportamento del solvente puro perché ne innalza il punto di ebollizione e ne abbassa il punto di congelamento. L’innalzamento del punto di ebollizione e l’abbassamento del punto di congelamento sono chiamati, rispettivamente, innalzamento ebullioscopio e abbassamento crioscopia.
Una proprietà colligativa è una proprietà che dipende soltanto dal numero di particelle del soluto presenti in soluzione e non dalla loro natura.