Solubilità — Regole, curve e fattori

La solubilità è la quantità massima di soluto che può rimanere disciolta in un solvente in condizioni specificate. Nei problemi di chimica, questo di solito significa che devi conoscere il solvente, la temperatura e, per i gas, talvolta la pressione.

Se cerchi la versione rapida, eccola qui: la solubilità non è la stessa cosa della velocità di dissoluzione. È il limite di equilibrio della quantità che può rimanere disciolta dopo che il sistema si è stabilizzato.

Che cosa significa la solubilità in chimica

Quando una piccola quantità di soluto viene aggiunta a un solvente, può dissolversi completamente. Man mano che se ne aggiunge di più, la soluzione arriva infine a un punto in cui la dissoluzione e la riformazione del solido si bilanciano a vicenda. A quel punto, la soluzione è satura.

Ecco perché la solubilità è un concetto di equilibrio. Se una tabella dice che un sale ha una solubilità di $36\ \mathrm{g}$ per $100\ \mathrm{g}$ di acqua a una certa temperatura, significa che circa quella quantità può rimanere disciolta all'equilibrio in quelle condizioni.

Tre termini collegati aiutano:

• Una soluzione insatura può ancora dissolvere altro soluto.
• Una soluzione satura ha raggiunto il limite di equilibrio in quelle condizioni.
• Una soluzione sovrasatura contiene più soluto disciolto della normale quantità di equilibrio ed è in genere instabile.

Regole di solubilità: che cosa aiutano davvero a prevedere

Nella chimica introduttiva, le regole di solubilità indicano di solito schemi rapidi per i composti ionici in acqua. Ti aiutano a prevedere se un composto è generalmente solubile oppure se è probabile che si formi un precipitato.

Un modo sicuro di usarle è considerarle come un primo controllo, non come una legge universale. Per esempio, i sali di nitrato sono generalmente solubili in acqua, quindi ci si aspetta che $\mathrm{NaNO_3}$ si dissolva facilmente. Al contrario, alcuni composti ionici come $\mathrm{AgCl}$ sono solo poco solubili, ed è per questo che nei problemi introduttivi vengono spesso trattati come precipitati.

"Il simile scioglie il simile" è una regola pratica diversa, che riguarda la scelta del solvente. Le sostanze polari e ioniche spesso si dissolvono meglio in solventi polari come l'acqua, mentre molte sostanze apolari si dissolvono meglio in solventi apolari.

Come leggere una curva di solubilità

Una curva di solubilità mostra come cambia la solubilità di una sostanza al variare della temperatura. L'asse verticale indica di solito la quantità di soluto che si dissolve in una quantità fissa di solvente, mentre l'asse orizzontale rappresenta la temperatura.

Se un punto si trova sulla curva, la soluzione è satura a quella temperatura. Se si trova sotto la curva, la soluzione è insatura. Se si trova sopra la curva, la quantità indicata è superiore al normale limite di saturazione per quelle condizioni.

Non generalizzare troppo la forma della curva. Molti soluti solidi diventano più solubili all'aumentare della temperatura, ma non tutti. La solubilità dei gas in acqua mostra spesso la tendenza opposta rispetto alla temperatura.

Esempio svolto: usare un valore da una curva di solubilità

Supponiamo che una curva di solubilità mostri che un sale si dissolve fino a $36\ \mathrm{g}$ per $100\ \mathrm{g}$ di acqua a $25^\circ\mathrm{C}$.

Ora aggiungi $40\ \mathrm{g}$ di quel sale a $100\ \mathrm{g}$ di acqua e attendi l'equilibrio alla stessa temperatura.

In quelle condizioni, circa $36\ \mathrm{g}$ possono rimanere disciolti. I restanti $4\ \mathrm{g}$ rimangono indisciolti.

Questo unico esempio ti dà l'abilità principale per leggere le curve di solubilità:

• leggi la quantità massima disciolta alla temperatura indicata
• confrontala con la quantità effettivamente aggiunta
• considera ogni quantità in eccesso di soluto come indisciolta all'equilibrio

La solubilità è un limite di capacità in condizioni specificate, non la garanzia che ogni grammo aggiunto scompaia.

Fattori che cambiano la solubilità

Temperatura

Per molti soluti solidi in acqua, la solubilità aumenta all'aumentare della temperatura. È un comportamento comune, ma non universale.

Per i gas disciolti nei liquidi, la solubilità spesso diminuisce quando la temperatura aumenta. Un esempio familiare è una bibita gassata calda che perde anidride carbonica disciolta.

Pressione

La pressione ha il suo effetto più evidente sui gas disciolti nei liquidi. Una pressione più alta sopra il liquido di solito aumenta la solubilità del gas. Per solidi e liquidi, le normali variazioni di pressione hanno in genere un effetto molto minore.

Natura del soluto e del solvente

Le forze intermolecolari contano. Un solvente dissolve un soluto più facilmente quando le nuove interazioni soluto-solvente sono abbastanza favorevoli da competere con le interazioni soluto-soluto e solvente-solvente.

Questa è la versione più precisa di "il simile scioglie il simile".

Ambiente chimico

Alcuni cambiamenti di solubilità dipendono dalle reazioni nella soluzione. Per esempio, la solubilità di alcuni composti ionici può cambiare se cambia il pH oppure se viene aggiunto uno ione comune.

Questo punto dipende dalla sostanza specifica. Non dare per scontato che ogni problema di solubilità richieda ragionamenti su pH o ione comune.

Errori comuni sulla solubilità

Confondere la solubilità con la velocità di dissoluzione

Mescolare, frantumare o riscaldare spesso fa dissolvere qualcosa più velocemente, ma una dissoluzione più rapida non è la stessa cosa di una maggiore solubilità finale nelle stesse condizioni.

Dimenticare temperatura o pressione

Un valore di solubilità senza una temperatura, e talvolta senza una pressione, è incompleto.

Supporre che ogni solido diventi più solubile se riscaldato

Molti solidi diventano più solubili in acqua più calda, ma alcuni no. Una curva o una tabella di dati è più affidabile di una regola generale.

Usare le regole sulla pressione nel sistema sbagliato

La pressione è particolarmente importante per i gas nei liquidi. Di solito non è il fattore principale per la solubilità dei comuni soluti solidi.

Dove si usa la solubilità

La solubilità è importante nei farmaci, nel trattamento delle acque, nella geologia, nella chimica ambientale, nelle scienze alimentari e nella preparazione di soluzioni in laboratorio. Aiuta a prevedere la precipitazione, a scegliere i solventi e a decidere se una miscela resterà uniforme oppure si separerà.

Conta anche nei casi quotidiani: perché lo zucchero si dissolve in modo diverso nelle bevande calde e fredde, perché le bevande gassate perdono effervescenza dopo l'apertura e perché alcune miscele diventano torbide quando cambiano le condizioni.

Prova una domanda simile sulla solubilità

Quando incontri una domanda sulla solubilità, chiediti quattro cose in ordine: qual è il soluto, qual è il solvente, quale temperatura è fissata e se la pressione conta. Questa breve lista di controllo evita la maggior parte degli errori prima ancora di iniziare i calcoli.

Prova una tua versione con una curva di solubilità: scegli una temperatura, leggi la quantità massima disciolta e decidi se un campione è insaturo, saturo o al di sopra del limite usuale.