le soluzioni (materiale per la lim)
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Le soluzioni
Lezioni d'Autoredi Giorgio Benedetti
Introduzione (I)
La materia che ci circonda normalmente non è formata da elementi chimici o da composti, ma da miscugli, cioè insiemi di più sostanze diverse.
A seconda del modo con cui le sostanze si mescolano, i miscugli possono essere classificati in miscugli omogenei e miscugli eterogenei.
I miscugli omogenei sono chiamati anche soluzioni e i componenti si definiscono soluto (soluti) quello presente in minor quantità e solvente quello presente in quantità maggiore.
Introduzione (II)
Per quanto riguarda lo stato fisico le soluzioni possono essere gassose, liquide o solide.
Esempi di soluzioni solide sono le leghe metalliche come l’ottone (rame e zinco) o il bronzo (rame e stagno)
L’aria è un esempio di soluzione gassosa.
Le soluzioni più comuni sono le soluzioni liquide, caratterizzate dal solvente allo stato liquido e dal soluto allo stato solido, liquido o gassoso.
Tra i solventi liquidi, l’acqua rappresenta quello più diffuso sia nell’ambiente naturale che artificiale.
Introduzione (III)
Quando si forma una soluzione, le particelle del soluto disperdendosi occupano posizioni dove sono normalmente presenti molecole di solvente.
La facilità con cui una particella di soluto sostituisce una molecola di solvente dipende dalla forza relativa di tre diverse interazioni:
interazione solvente-solvente
interazione soluto-soluto
interazione solvente-soluto
Introduzione (IV)
Si può quindi immaginare che il processo di solubilizzazione abbia luogo in tre stadi.
Nel primo c’è la separazione delle molecole del solvente Nel secondo quello delle molecole di soluto(Questi due stadi richiedono sempre energia e quindi sono endotermici).
Il terzo stadio è quello in cui si mescolano il soluto e i solvente (Esso è esotermico perché viene rilasciata energia dall’interazione tra le molecole del soluto e quelle del solvente)
Introduzione (V)
Riassumendo:La formazione di una soluzione liquida può essere divisa in tre stadi: 1) separazione del soluto, 2) separazione del solvente 3) combinazione del soluto e del solvente separati
Entalpia di soluzione (I)
La variazione di entalpia rappresenta il calore scambiato in una trasformazione che avviene a pressione costante. Nel caso di una soluzione, si parla di entalpia di soluzione e la si indica con ΔHsol
Essa è data da:
ΔHsol = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
Dato che i primi due termini, riferiti ai primi due stadi, sono endotermici (ΔH>0) e il terzo è esotermico (ΔH<0), il valore complessivo del ΔHsol dipende dal valore dei valori dei singoli
termini.
Entalpia di soluzione (II)
Variazioni di entalpia che accompagnano la formazione di una soluzione (sn.) ΔH
sol ha segno
negativo (processo esotermico) se lo stadio 3 rilascia più energia di quello che è richiesto dallo stadio 1 e 2. (ds.) ΔH
sol è positivo
(processo endotermico) se lo stadio 1 e 2 richiede più energia di quella rilasciata dallo stadio 3
Entalpia di soluzione (III)
La solubilizzazione del cloruro di sodio (NaCl) è un processo spontaneo nonostante il valore del ΔHsol = 3kJ/mol. Un valore positivo di entalpia ΔHsol non significa che una soluzione non si possa formare.
Ciò è dovuto al fatto che il processo di soluzione come tutti i processi chimici è governato da due fattori. Il primo fattore è quello energetico, che determina se la trasformazione è esotermica o endotermica. Il secondo fattore è relativo alla tendenza verso il disordine dei processi naturali.
Entalpia di soluzione (IV)
Il soluto e il solvente allo stato puro posseggono un certo grado di ordine, caratterizzato dall’arrangiamento tridimensionale degli atomi, molecole o ioni che li costituiscono.
Quando il soluto interagisce con il solvente molto di questo ordine è distrutto. Il processo di solubilizzazione è sempre accompagnato da un aumento di disordine e quindi, di entropia.
E’ questo aumento del disordine del sistema che favorisce il processo di solubilizzazione anche se questo è endotermico.
Entalpia di soluzione (V)
Ad esempio, nel caso del processo di solubilizzazione del cloruro di sodio in acqua, dato che per solubilizzare una mole è richiesta solo una piccola quantità di energia, la soluzione si forma grazie al grande aumento del disordine che si genera quando il soluto e il solvente sono mescolati.
FINE