soluzioni e solubilità mappa concettuale chimica

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Le soluzioni sono miscele omogenee formate da un soluto disperso in un solvente. La solubilità indica la quantità massima di soluto che può sciogliersi in condizioni definite di temperatura e pressione. Questa mappa esplora i tipi di soluzioni, i fattori che influenzano la solubilità, i modi per esprimere la concentrazione e i concetti di saturazione, con esempi pratici come l'acqua salata e le bevande gassate.

Cos'è una soluzione e come si forma
Una soluzione è una miscela omogenea in cui le particelle del soluto si disperdono a livello molecolare o ionico tra quelle del solvente. Quando un solido ionico come il cloruro di sodio si scioglie in acqua, le molecole polari del solvente circondano gli ioni, separandoli dal reticolo cristallino: questo processo si chiama idratazione. Lo scioglimento dipende quindi dalle interazioni tra soluto e solvente, riassunte nella regola empirica che sostanze polari si sciolgono bene in solventi polari, mentre le sostanze apolari preferiscono solventi apolari. La velocità di scioglimento aumenta con l'agitazione, la polverizzazione del soluto e la temperatura, ma questi fattori non modificano la solubilità limite, che dipende dalla natura delle sostanze e dalle condizioni termodinamiche.

Saturazione e soluzioni sovrastate
Una soluzione è satura quando contiene la quantità massima di soluto che può rimanere disciolto a una data temperatura, in equilibrio con l'eventuale soluto non disciolto. In alcune condizioni si possono ottenere soluzioni sovrastate, che contengono più soluto del limite di saturazione: sono sistemi instabili e il soluto in eccesso tende a precipitare, spesso in modo rapido se si introduce un piccolo cristallo di semina. Un esempio classico è il tiosolfato di sodio, che forma soluzioni sovrastate riscaldandolo e raffreddandolo lentamente. La cristallizzazione sfrutta proprio questi equilibri: sciogliendo un solido a caldo e raffreddando la soluzione, il soluto si separa in cristalli, tecnica usata per purificare sostanze in laboratorio e nell'industria.

Come si esprime la concentrazione
La concentrazione descrive quantitativamente quanto soluto è presente in una data quantità di soluzione o di solvente. La molarità, espressa in moli per litro, è la più usata in chimica perché collega direttamente le quantità di sostanza ai calcoli stechiometrici. La molalità, moli di soluto per chilogrammo di solvente, ha il vantaggio di non dipendere dalla temperatura, poiché la massa non varia con la dilatazione. Le percentuali in massa o in volume sono comuni nelle etichette commerciali, mentre le parti per milione servono per concentrazioni molto basse, come gli inquinanti nell'acqua. È importante distinguere la concentrazione dalla solubilità: la prima descrive una composizione reale, la seconda un limite massimo alle condizioni date.

La solubilità dei gas e la legge di Henry
I gas si comportano in modo opposto ai solidi rispetto alla temperatura: la loro solubilità nei liquidi diminuisce quando la temperatura aumenta, perché le molecole gassose acquistano energia e tendono a sfuggire dalla fase liquida. La pressione invece agisce nel verso opposto: secondo la legge di Henry, formulata da William Henry all'inizio del XIX secolo, la solubilità di un gas è proporzionale alla sua pressione parziale sopra il liquido. Questo spiega perché le bevande gassate, confezionate sotto pressione di anidride carbonica, perdono rapidamente la effervescenza una volta aperte, e perché l'acqua calda contiene meno ossigeno disciolto di quella fredda, un aspetto rilevante per gli ecosistemi acquatici.