Basi delle soluzioni e dissoluzione

Una soluzione è una miscela omogenea con almeno due componenti: il solvente (in quantità maggiore e nello stesso stato della soluzione) e il soluto (la sostanza disciolta). Le soluzioni possono essere gassose, liquide o solide, a seconda dello stato del solvente.

La dissoluzione (o solvatazione) è il processo in cui le particelle di soluto si disperdono nel solvente. Perché avvenga, le forze attrattive tra soluto e solvente devono bilanciare quelle tra le particelle di solvente e di soluto. Quando il solvente è l'acqua, il processo si chiama idratazione.

Una soluzione è satura quando contiene la massima quantità di soluto che il solvente può sciogliere a una data temperatura. La solubilità rappresenta la concentrazione della soluzione satura $espressa in mol/l o g/l$. Le soluzioni possono essere insature, sovrasature, diluite o concentrate a seconda della quantità di soluto presente.

⚠️ Attenzione! La regola "il simile scioglie il simile" è essenziale: sostanze polari si sciolgono in solventi polari, mentre sostanze apolari si sciolgono in solventi apolari. L'acqua, essendo polare, è un ottimo solvente per composti ionici e molecole polari.

I fattori che influenzano la solubilità sono:

• Natura del solvente e del soluto: le interazioni tra particelle determinano la solubilità
• Temperatura: all'aumentare della temperatura, aumenta la solubilità delle sostanze con processo di dissoluzione endotermico, mentre diminuisce per quelle con processo esotermico
• Pressione: influenza principalmente la solubilità dei gas nei liquidi

Soluzioni acquose e concentrazione

La velocità di dissoluzione è influenzata da agitazione (aumenta con l'agitazione), temperatura (aumenta col calore) e grado di suddivisione (più è elevato, maggiore è la velocità).

Le soluzioni acquose sono le più comuni perché l'acqua è un ottimo solvente grazie alla sua capacità di formare legami idrogeno e legami ione-dipolo. In generale:

• I solidi covalenti apolari e metallici sono insolubili in acqua
• La solubilità dei solidi molecolari dipende dalla polarità
• I solidi ionici sono generalmente solubili grazie ai legami ione-dipolo

Per la concentrazione di una soluzione esistono diverse unità di misura:

• % p/p: grammi di soluto in 100 g di soluzione
• % p/v: grammi di soluto in 100 ml di soluzione
• Molarità (M): moli di soluto in 1 litro di soluzione
• Molalità (m): moli di soluto in 1 kg di solvente
• Frazione molare (x): rapporto tra moli di un componente e moli totali

💡 Ricorda: Nella diluizione, il numero di moli di soluto rimane costante mentre cambia il volume della soluzione. Vale quindi la relazione M₁V₁ = M₂V₂.

Gli elettroliti sono sostanze che in soluzione acquosa si dissociano in ioni, rendendo la soluzione conduttrice. Distinguiamo tra:

• Dissociazione ionica: separazione degli ioni in un composto ionico (come NaCl)
• Ionizzazione: formazione di ioni da un composto molecolare polare (come HCl)

Il grado di dissociazione (α) indica quanto un elettrolita si dissocia: gli elettroliti forti si dissociano completamente (α=1), quelli deboli solo parzialmente (α<1).

Proprietà colligative

Le proprietà colligative sono caratteristiche delle soluzioni che dipendono solo dalla concentrazione del soluto non volatile e non dalla sua natura. Queste proprietà includono:

L'abbassamento della tensione di vapore è descritto dalla legge di Raoult: la tensione di vapore di una soluzione è pari alla somma delle tensioni di vapore dei componenti, ciascuna moltiplicata per la rispettiva frazione molare. Una soluzione con soluto non volatile ha sempre tensione di vapore inferiore a quella del solvente puro.

L'innalzamento ebullioscopico (ΔTeb) e l'abbassamento crioscopico (ΔTc) sono proporzionali alla concentrazione molale (m) del soluto:

• ΔTeb = Keb × m
• ΔTc = Kc × m dove Keb e Kc sono costanti caratteristiche del solvente.

L'osmosi è il movimento netto del solvente attraverso una membrana semipermeabile dalla soluzione più diluita a quella più concentrata. La pressione osmotica (π) è la pressione necessaria per impedire questo flusso:

• π = MRT (dove M è la molarità, R è la costante dei gas, T è la temperatura assoluta)

🔍 Curiosità: La soluzione fisiologica $0,9$ è isotonica ai fluidi corporei con una pressione osmotica di 7,8 bar. È utilizzata in ambito medico per evitare shock osmotici alle cellule.

Per le soluzioni di elettroliti, gli effetti sulle proprietà colligative sono maggiori perché ogni molecola di elettrolita produce più particelle in soluzione. Il coefficiente di Van't Hoff (i) tiene conto del numero di ioni generati:

• ΔTeb = Keb × m × i
• ΔTc = Kc × m × i
• π = MRT × i

Osmolarità, sospensioni e colloidi

L'osmolarità esprime il numero di osmoli di soluto contenuti in 1 litro di soluzione e si calcola moltiplicando il numero di moli per il coefficiente di Van't Hoff (i):

• OSM = nosm/V
• nosm = n × i, quindi OSM = M × i

Mentre le soluzioni sono miscele omogenee, le miscele eterogenee presentano fasi distinguibili tra loro. Si classificano in:

• Aerosol: fase solida o liquida dispersa in una fase gassosa (come nebbia o fumo)
• Emulsione: due fasi liquide disperse l'una nell'altra (come latte o maionese)
• Sospensione: fase solida dispersa in una fase liquida (come fango in acqua)
• Colloide: particelle di dimensioni intermedie tra quelle delle soluzioni e delle sospensioni grossolane

🧪 Applicazione pratica: I colloidi sono molto importanti in biologia (sangue), industria alimentare (gelatine), e cosmetica (creme). La loro stabilità dipende da forze elettrostatiche tra le particelle disperse.

Le proprietà delle miscele eterogenee sono diverse da quelle delle soluzioni: spesso mostrano l'effetto Tyndall (dispersione della luce), possono sedimentare nel tempo e hanno comportamenti reologici particolari, come la tixotropia (variazione della viscosità sotto stress meccanico).