Proprietà fisiche che influenzano la solubilità

Soluzioni di gas nei liquidi

Come per ogni soluzione, la solubilità di un gas in un liquido è influenzata dalle forze attrattive intermolecolari tra le specie di soluto e solvente. A differenza dei soluti solidi e liquidi, tuttavia, non vi è alcuna attrazione intermolecolare soluto-soluto da superare quando un soluto gassoso si dissolve in un solvente liquido poiché gli atomi o le molecole che compongono un gas sono molto separati e sperimentano interazioni trascurabili. Di conseguenza, le interazioni soluto-solvente sono l’unico fattore energetico che influenza la solubilità. Ad esempio, la solubilità in acqua dell'ossigeno è circa tre volte maggiore di quella dell'elio (ci sono maggiori forze di dispersione tra l'acqua e le molecole di ossigeno più grandi) ma è 100 volte inferiore alla solubilità del clorometano, CHCl_3 (le molecole polari di clorometano sperimentano un’attrazione dipolo-dipolo per le molecole di acqua polare). Allo stesso modo, notiamo che la solubilità dell'ossigeno nell'esano, C_6H_14, è circa 20 volte maggiore di quella nell'acqua perché esistono forze di dispersione maggiori tra l'ossigeno e le molecole di esano più grandi.

La temperatura è un altro fattore che influenza la solubilità, poiché la solubilità del gas generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura. Questa relazione inversa tra temperatura e concentrazione di gas disciolto è responsabile di uno dei maggiori impatti dell'inquinamento termico nelle acque naturali.

La solubilità di un soluto gassoso è influenzata anche dalla pressione parziale del soluto nel gas a cui è esposta la soluzione. La solubilità del gas aumenta all'aumentare della pressione del gas.

Per molti soluti gassosi, la relazione tra solubilità, S_gas, e pressione parziale, P_gas, è proporzionale:

dove kH è una costante di proporzionalità che dipende dall'identità del soluto e del solvente gassosi e dalla temperatura della soluzione. Questa è una formulazione matematica della legge di Henry: la quantità di gas ideale che si dissolve in un volume definito di liquido è direttamente proporzionale alla pressione del gas.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 11.3: Solubility.