Solubilità

La solubilità è una misura della capacità di un soluto di dissolversi in un solvente. Soluti diversi hanno solubilità diverse. Ad esempio, il cloruro di sodio ha una solubilità di 39 grammi in 100 millilitri di acqua, mentre il cloruro d'argento è di soli 0,002 grammi.

Allora perché? La solubilità dipende dalle proprietà fisiche e chimiche sia del soluto che del solvente. L'avete visto voi stessi. Ad esempio, sai che il burro non si scioglie in acqua, ma si scioglie nell'olio d'oliva.

Il termine "simile dissolve simile" ci ricorda che un solvente dissolve un soluto con una polarità simile. Quindi i solventi polari dissolvono i soluti polari, mentre i solventi non polari dissolvono i soluti non polari. Inoltre, possiamo influenzare la solubilità attraverso altri fattori come il pH, la temperatura e la pressione.

Ad esempio, la solubilità in genere aumenta con l'aumentare della temperatura. Pensa a sciogliere lo zucchero nel caffè freddo rispetto al caffè caldo. Ora, se un soluto si dissolve in un solvente, non può essere disciolto molto. Quando questo limite viene raggiunto, gli ioni dissociati sono in equilibrio con il solido e la soluzione è satura. Ciò significa che se si aggiunge più soluto, non si dissolverà.

Possiamo quantificare questo equilibrio utilizzando una costante di equilibrio K_c. Questa equazione utilizza le concentrazioni dei prodotti disciolti nel numeratore e dei reagenti nel denominatore, ciascuno elevato alla potenza del loro coefficiente stechiometrico. Possiamo usare questa costante di equilibrio per comprendere la termodinamica del processo di dissoluzione mentre passa dal suo stato iniziale non disciolto al suo stato finale disciolto.

L'entalpia, H, di una soluzione è una misura quantitativa del contenuto di calore totale del sistema e ΔH descrive la variazione di questo contenuto di calore. Se ΔH è positivo, indica che la reazione ha assorbito calore, oppure è endotermica. Quando ΔH è negativo, indica che la reazione rilascia calore o è esotermica. Successivamente, l'entropia, S, descrive il grado di disordine in un sistema. ΔS è 0 per una reazione reversibile, ma per il resto è positivo, poiché il disordine di un sistema preferisce aumentare.

Infine, l'energia libera di Gibbs, G, è una misura dell'energia che può essere utilizzata per svolgere il lavoro. Viene calcolato da ΔH e ΔS e dipende dalla temperatura. Quando il ΔG è positivo, la reazione non è spontanea e l'energia deve essere impiegata affinché la reazione proceda. Quando ΔG è inferiore a 0, indica che la reazione è spontanea.

Queste proprietà ci dicono molto su come un soluto si dissolve in un solvente. Ad esempio, possiamo usare l'entalpia e l'entropia per capire se il soluto preferisce rimanere non disciolto nella sua forma cristallina ordinata, o disordinato in soluzione. E possiamo usare l'energia di Gibbs per capire se abbiamo bisogno o meno di mettere energia, attraverso il calore, per dissolvere una sostanza.

In questo laboratorio, esplorerai la solubilità di un composto a temperature variabili e utilizzerai la titolazione per determinare l'esatta concentrazione della soluzione satura. Quindi, utilizzerai i tuoi dati per calcolare le proprietà termodinamiche della dissoluzione.