LA SOLUBILITÀ E I PARAMETRI CHE LA INFLUENZANO

LA SOLUBILITà E I PARAMETRI CHE LA INFLUENZANO.

Come si è accennato precedentemente, i gas sono miscibili fra loro in tutte le proporzioni. Nella maggior parte delle altre soluzioni, invece, la miscibilità è limitata a intervalli di concentrazione ben definiti. Mentre vi sono molte coppie di sostanze che, come l'acqua e l'alcool etilico, possono venire mescolate in qualunque proporzione per formare soluzioni omogenee, è frutto di comune esperienza che la capacità di un solvente di sciogliere un dato soluto è spesso limitata. Quando un solvente, posto in contatto con un eccesso di soluto raggiunge e mantiene una concentrazione costante in soluto, il soluto e la soluzione sono all'equilibrio e si dice che la soluzione è satura.

Per solubilità di un componente della soluzione, ad una data temperatura, si intende la concentrazione del componente in una soluzione in equilibrio con il componente allo stato puro.

La solubilità di una soluzione dipende da:

la natura del soluto e del solvente (composizione chimica e stato di aggregazione);

la pressione;

la temperatura.

La dipendenza della solubilità dalla natura dei componenti non può essere sistematizzata in modo semplice; esistono tuttavia delle regolarità di comportamento in seno a classi di composti, particolarmente per quanto riguarda i composti organici.

La temperatura ha una diversa influenza sulla solubilità per diverse coppie solvente-soluto. Se è nota la variazione di entalpia che accomna il processo di solubilizzazione di una sostanza, è possibile prevedere l'effetto di una variazione della temperatura sulla solubilità. Per far ciò si osservi che se un sistema inizialmente all'equilibrio viene perturbato da qualche cambiamento nell'ambiente circostante, esso reagisce in modo da ritornare ad uno stato di equilibrio.

Un utilissimo enunciato ed estensione di questa affermazione è noto come principio di Le Chatelier: se si esercita un'azione su di un sistema inizialmente all'equilibrio tendente ad apportare una variazione di uno qualunque dei fattori che determinano lo stato di equilibrio, il sistema si modificherà da solo in modo tale da rendere minimo quel cambiamento.

Per vedere come si può usare il principio di Le Chatelier, lo si applichi all'equilibrio liquido-vapore. Si consideri un liquido e il suo vapore in equilibrio ad una determinata temperatura. Se al sistema fosse fornito calore, e non si verificasse nessun altro cambiamento, la sua temperatura si eleverebbe. Questo provocherebbe un allontanamento dall'equilibrio, poiché la pressione di vapore esistente non è la pressione di vapore all'equilibrio a una temperatura più elevata. La variazione di temperatura indotta potrebbe essere resa minima, però, se il sistema reagisse, cioè se il liquido e il vapore fossero interconvertiti in modo da assorbire calore. Secondo il principio di Le Chatelier, questo è il modo con cui il sistema reagisce, ed è noto che il sistema assorbe calore se il liquido evapora. La previsione basata sul principio di Le Chatelier ed un valore positivo per DH_vap dicono che per aggiunte successive di calore, il liquido evaporerà e di conseguenza aumenterà la pressione di vapore. Dopo l'aggiunta di calore la nuova posizione o stato di equilibrio corrisponde a una pressione e temperatura di vapore aumentate. Questa previsione è in accordo con il fenomeno osservato che la pressione di vapore di un liquido aumenta con l'aumentare della temperatura.

La forma di ragionamento or ora svolto non è affatto limitata all'equilibrio liquido-vapore. Si potrebbe generalizzare dicendo che per qualunque reazione che abbia un DH positivo, un aumento della temperatura porterà ad un aumento della concentrazione del reagente. Può verificarsi anche il contrario, poiché ciò corrisponde all'inversione della direzione in cui viene scritta una reazione: se DH è negativo, l'aumento di temperatura fa diminuire la concentrazione dei prodotti in favore dei reagenti.

Nella maggior parte dei casi un aumento di temperatura provoca un aumento della solubilità; negli altri casi si può avere un effetto opposto oppure nessun effetto. Questo andamento rispecchia il fatto che il processo di dissoluzione è quasi sempre un processo endotermico, un processo cioè che avviene con assorbimento di calore da parte del sistema a spese dell'ambiente esterno.

In conformità con il principio dell'equilibrio dinamico, il sistema costituito da una soluzione satura (soluzione in presenza di uno dei componenti allo stato puro) reagisce ad un aumento di temperatura in modo da minimizzare tale aumento. Se il processo di dissoluzione è un processo endotermico, il sistema si oppone all'aumento di temperatura facendo sciogliere una certa quantità di soluto puro ed assorbendo in tal modo del calore. Viceversa, se il processo di dissoluzione è esotermico, il sistema reagisce ad un aumento della temperatura trasformando parte del soluto in soluzione in soluto allo stato puro, assorbendo anche in questo caso una parte del calore fornito dall'esterno.

L'influenza di variazioni di pressione è trascurabile per la solubilità di solidi e liquidi in soluzioni liquide e solide, ma è molto importante per soluzioni in cui il soluto è un gas. La solubilità di un gas in un liquido aumenta sempre all'aumentare della pressione e per valori relativamente alti della temperatura (quando cioè le forze intermolecolari sono più deboli); la variazione della solubilità segue una legge semplice nota con il nome di legge di Henry: la massa di gas disciolta in un dato volume di solvente, a una determinata temperatura, è proporzionale alla pressione parziale del gas in equilibrio con la soluzione