Una soluzione è una miscela omogenea formata da due o più sostanze che si distribuiscono, in modo uniforme, nello spazio. La sostanza che è presente in quantità maggiore è definita solvente mentre il soluto, o i soluti, rappresentano le sostanze con minore concentrazione. Da un punto di vista proporzionale, un soluto rappresenta la sostanza che possiede il maggior numero di frazione molare, mentre i solventi possiedono, ciascuno per la propria quantità, la rimanente frazione molare.
Nell'esperienza comune, la soluzione è associata alla miscela di più sostanze allo stato liquido; tuttavia, in termini meno specifici, è possibile definire soluzione qualsiasi miscela che non presenta una diversità di fase; per questa ragione possono esistere soluzioni solide, ad esempio la lega metallica, e soluzioni gassose, come l'aria.
Solubilizzazione
La solubilizzazione è il processo che porta alla formazione della soluzione a partire dal solvente e dai soluti; la solubilizzazione avviene grazie alla trasformazione chimica delle specie coinvolte, ad esempio attraverso la formazione o la rottura dei legami chimici. I neccanismi che portano alla formazione di una soluzione dipendono, in larga parte, dalle caratteristiche chimiche del solvente. Per questa ragione, si classificano due tipi di solvente:
- Polare. I soluti polari possiedono un dipolo generato dalla distribuzione disomogenea delle cariche all'interno della molecola. L'acqua è un esempio di solvente polare.
- Apolare. La molecole è elettricamente bilanciata e, per questa ragione, non presenta un dipolo. Il benzene è un solvente apolare.
I solventi polari sono ottimi mezzi per disciogliere il reticolo cristallino tipico dei composti legati tramite legame ionico. Il cloruro di sodio, il comune sale da cucina, è un sale molto solubile in acqua. Il solvente acquoso penetra dentro il reticolo cristallino, destabilizzando e allontanando i singoli atomi. Inoltre, gli stessi atomi possono essere inglobati tra più molecole polari.
I solventi non polari, invece, inglobano i soluti non polari semplicemente "circondandoli"; la loro natura, infatti, non permette la rottura o il riarrangiamento del legame ionico o del legame covalente presente nel soluto.
Parametri che influiscono sulla solubilizzazione
La solubilizzazione è un processo influenzato da diversi parametri. In linea generale, qualsiasi variazione del sistema che possa avere un effetto sullo stato termodinamico di solvente e soluto influenza la velocità di solubilizzazione. Ad esempio, la temperatura ha un ruolo molto importante per accelerare o rallentare il processo di solubilizzazione poiché all'aumentare della temperatura aumenta anche la velocità di solubilizzazione. In altre parole, in un sistema formato da un solvente e uno o più soluti potenzialmente capaci di disciogliersi in esso, la somministrazione di calore (entro certi limiti) aumenta la capacità del solvente di inglobare il soluto.
Allo stesso modo, anche la pressione permette il processo di solubilizzazione, modificando la capacità del solvente di disciogliere i soluti.
La temperatura e la pressione influiscono in modo marcato sulla velocità di solubilizzazione.
Temperatura
La temperatura aumenta la solubilità dei solidi in soluzione acquosa. Una zolletta di zucchero, ad esempio, si discioglie facilmente a 40°C mentre impiega più tempo a sciogliersi a 10°C. La capacità dei gas di disciogliersi, invece, diminuisce con l'aumento della temperatura poiché, somministrando calore a una soluzione, si innalza la pressione divapore e, di conseguenza, il gas disciolto si allontana dal solvente.
Pressione
Nelle soluzioni formate da un solvente liquido e un soluto allo stato aeriforme, ad esempio un gas, la pressione aumenta il processo di solubilizzazione. Un esempio di comune esperienza è dato dall'acqua gasata che è prodotta attraverso la pressurizzazione di un gas, il diossido di carbonio o anidride carbonica, nel solvente acquoso.
Saturazione di una soluzione
Un volume di un solvente ha una capacità limitata di disciogliere un soluto poiché, superato un determinato punto, non è capace di accettare in soluzione altri equivalenti di soluto. Una soluzione satura è, dunque, una soluzione che non accetta più solvente poiché oltre il punto di saturazione si forma un precipitato del solvente stesso. Il punto di saturazione dipende sia dalla natura del solvente sia da quella dei soluti ma anche dalla temperatura. Lo zucchero da cucina, ad esempio, si discioglie entro una determinata quantità nell'acqua e, per continuare a disciogliere le molecole, è necessario aumentare la temperatura.
La soluzione soprasatura è quella soluzione che presenta una concentrazione di soluto più elevata ottenuta grazie all'aumento di temperatura. Quando la temperatura si abbassa, il soluto in eccesso - generalmente - precipita sotto forma di solido e la soluzione si definisce satura; tuttavia, in alcuni casi, il soluto permane disciolto formando la soluzione soprasatura.
L'atomo e la sua struttura: Nucleo (protone, neutrone) e guscio esterno (elettrone).
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
Specie chimiche: Ossidi.
Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
Configurazione elettronica: ibridizzazione sp3, ibridizzazione sp2, ibridizzazione sp, struttura di Lewis.
Legame chimico: Legame debole, legame ionico, legame metallico. Regola dell'ottetto, legame covalente, legame covalente dativo, energia di legame.
Stato della materia: Solido, liquido, aeriforme (gas).
Chimica delle soluzioni: Soluzione (solvente e soluto), concentrazione (molarità , normalità , frazione molare). Idrolisi, prodotto ionico dell'acqua.
Equilibrio chimico: Legge di azione di massa, costante di equilibrio.
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