Chapter 12: Solutions and Colloids

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12.6:

Proprietà fisiche che influenzano la solubilità

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Physical Properties Affecting Solubility

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La solubilità di un soluto è la quantità massima di soluto che si dissolverà in una data quantità di solvente ad una temperatura specifica. Ciò significa che, per definizione, la temperatura influenza la solubilità della maggior parte delle sostanze. Per la maggior parte dei soluti solidi, la loro solubilità in acqua aumenta all’aumentare della temperatura della soluzione, sebbene vi siano eccezioni, come il solfato di cesio.Al variare della temperatura, la solubilità di diverse sostanze aumenta a velocità differenti. Per esempio, la solubilità del nitrato di potassio aumenta bruscamente con la temperatura, mentre quella del cloruro di potassio cambia molto poco. Quando una soluzione contenente una miscela di nitrato di potassio e cloruro di potassio è riscaldata e quindi raffreddata lentamente fino a dieci gradi, il precipitato cristallino conterrà più nitrato di potassio poiché è meno solubile a basse temperature.Questa tecnica di separazione è nota come cristallizzazione frazionata. A differenza dei soluti solidi, la solubilità dei gas nell’acqua diminuisce con l’aumentare della temperatura. Se un bicchiere di soda fredda viene riscaldato a temperatura ambiente, la soda si appiattisce rapidamente.Questo perché la solubilità dell’anidride carbonica diminuisce con l’aumentare della temperatura. La solubilità dei gas dipende anche dalla pressione. Maggiore è la pressione di un gas sopra un liquido, più solubile è il gas nel liquido.Questa relazione fra pressione e solubilità di un gas è quantificata dalla legge di Henry, che afferma che la solubilità di un gas è uguale alla costante della legge di Henry moltiplicata per la pressione. Mentre si prepara la soda, l’anidride carbonica viene sciolta in una soluzione di zucchero ad alta pressione. La pressione sopra permette alla soluzione di diventare satura di anidride carbonica.Pertanto, quando una lattina di soda viene aperta, possiamo sentire il familiare pop”della pressione rilasciata e vedere molte bolle che si formano mentre il gas di anidride carbonica fuoriesce dalla soluzione.

12.6:

Proprietà fisiche che influenzano la solubilità

Soluzioni di gas nei liquidi

Come per qualsiasi soluzione, la solubilità di un gas in un liquido è influenzata dalle forze intermolecolari attraenti 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 influisce sulla solubilità. Ad esempio, la solubilità in acqua dell’ossigeno è circa tre volte superiore a quella dell’elio (ci sono maggiori forze di dispersione tra l’acqua e le molecole di ossigeno più grandi) ma 100 volte inferiore alla solubilità del clorometano, CHCl₃ (le molecole di clorometano polare sperimentano l’attrazione del dipolo-dipolo per le molecole di acqua polare). Allo stesso modo, si noti che la solubilità dell’ossigeno nell’esano, C₆H₁₄, è circa 20 volte maggiore di quanto non sia in acqua perché esistono maggiori forze di dispersione tra l’ossigeno e le molecole di esano più grandi.

La temperatura è un altro fattore che influisce sulla solubilità, con la solubilità del gas che in genere diminuisce con l’aumentare della temperatura. Questa relazione inversa tra temperatura e concentrazione di gas disciolto è responsabile di uno dei principali 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 con l’aumentare della pressione del gas.

Per molti soluti gassosi, la relazione tra solubilità,_gas Se pressione parziale,_gas P, è proporzionale:

dove k_H è una costante di proporzionalità che dipende dalle identità del soluto gassoso e del solvente e dalla temperatura della soluzione. Questa è una dichiarazione matematica della legge di Henry: La quantità di un gas ideale che si dissolve in un volume definito di liquido è direttamente proporzionale alla pressione del gas.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 11.3: Solubilità.

Suggested Reading

Kolev, Nikolay Ivanov. "Solubility of O 2, N 2, H 2 and CO 2 in water." In Multiphase Flow Dynamics 4, pp. 209-239. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011.
Mitchell, Alan J., ed. Formulation and production carbonated soft drinks. Springer Science & Business Media, 1990.

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Solubility Solute Solvent Temperature Solid Solutes Water Cesium Sulfate Potassium Nitrate Potassium Chloride Crystalline Precipitate Fractional Crystallization Gases Carbon Dioxide Pressure Henry’s Law