1.13 : Solubilità

Soluzione, solubilità e costante di solubilità

Una soluzione è una miscela omogenea composta da un solvente, il componente maggiore, e un soluto, il componente minore. Lo stato fisico di una soluzione (solido, liquido o gassoso) è tipicamente lo stesso del solvente. Le concentrazioni di soluto sono spesso descritte con termini qualitativi come diluito (di concentrazione relativamente bassa) e concentrato (di concentrazione relativamente alta).

In una soluzione, le particelle del soluto (molecole, atomi e/o ioni) sono strettamente circondate da specie solventi e interagiscono attraverso forze attrattive. Questo processo di dissoluzione è chiamato solvatazione. Quando l'acqua è il solvente, il processo è noto come idratazione. Per la solvatazione, le interazioni soluto-solvente dovrebbero essere più forti delle interazioni soluto-soluto e solvente-solvente. La precipitazione è l'opposto della solvatazione e si verifica a causa di forti interazioni soluto-soluto.

La solubilità è la misura della quantità massima di soluto che può essere disciolta in una data quantità di solvente. La temperatura, la pressione e la polarità molecolare sono alcuni dei fattori importanti che influenzano la solubilità. L'equilibrio di solubilità viene stabilito quando la dissoluzione e la precipitazione di un tipo di soluto avvengono a velocità uguali.

Il simile scioglie il simile

Per prevedere se un soluto sarà solubile in un dato solvente, la regola pratica è “il simile scioglie il simile”. I soluti polari o ionici si dissolvono in solventi polari a causa delle risultanti interazioni ione-dipolo o dipolo-dipolo con le molecole del solvente. Tale interazione non sarà possibile con un solvente non polare. I soluti non polari si dissolvono in solventi non polari attraverso le forze di dispersione intermolecolari.

Composti idrofili, idrofobi e anfifilici

L'acqua è un solvente polare. I soluti solubili in acqua sono chiamati “idrofili” o “amanti dell’acqua”. Ad esempio, quando all'acqua viene aggiunto KCl solido, l'estremità positiva (idrogeno) delle molecole polari di acqua viene attratta dagli ioni cloruro negativi e le estremità negative (ossigeno) dell'acqua vengono attratte dagli ioni positivi di potassio. Le molecole d’acqua circondano i singoli ioni K⁺ e Cl⁻, riducendo le forze forti che legano insieme gli ioni e permettendo loro di spostarsi in soluzione come ioni solvatati.

Un soluto insolubile in acqua è definito “idrofobo” o “che ha paura dell’acqua”. Tali soluti, come l’olio, non sono in grado di formare legami a idrogeno con le molecole d’acqua circostanti a causa delle interazioni soluto-soluto più forti. Di conseguenza, le particelle di soluto si raggruppano e rimangono non disciolte.

I composti che hanno sia gruppi polari che non polari sono chiamati “anfipatici” o “anfifilici”. Ad esempio, i saponi, che sono i sali degli acidi grassi. Hanno una coda idrofobica di idrocarburi non polari e una testa idrofila polare. L'azione pulente di saponi e detergenti può essere spiegata in termini di strutture delle molecole coinvolte. L'estremità idrocarburica (non polare) di una molecola di sapone o detergente si dissolve o è attratta da sostanze non polari, come olio, grasso o particelle di sporco. L'estremità ionica è attratta dall'acqua (polare). Di conseguenza, le molecole di sapone o detersivo si orientano nell'interfaccia tra le particelle di sporco e l'acqua, fungendo quindi come una sorta di ponte tra due diversi tipi di materia, non polare e polare. Di conseguenza, le particelle di sporco vengono sospese come particelle colloidali e vengono facilmente lavate via.

Questo testo è adattato da OpenStax Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process, Section 11.3: Solubility, e Section 11.5: Colloids.