Una parte fondamentale dei corsi di chimica generale ed inorganica sono le soluzioni. Una soluzione è una miscela omogenea di due o più sostanze che presenta proprietà uniformi in ogni sua parte.
Bene, immaginiamo per un attimo due o più componenti che si mescolano perfettamente, direi che c’è un non so che di romantico, e perfettamente armonioso nelle soluzioni chimiche. Come diciamo noi chimici, “se non sei parte della soluzione, sei parte del precipitato!” Ecco, questa è per pochi.
In ogni caso, esempi di soluzioni ne esistono un’infinità. In una soluzione, la sostanza disciolta presenta il soluto, mentre la sostanza che discioglie il soluto è detta solvente.
Il soluto può essere un solido, liquido o un gas. Quando il solvente è l’acqua, le soluzioni vengono chiamate acquose.
Un esempio di soluzione dove il soluto è un solido che si scioglie in acqua è il cloruro di sodio, per gli amici sale da cucina.
Oppure una soluzione che noi tutti conosciamo e amiamo sono gli acolici: una miscela di alcol etilico e acqua (certo anche tante altre cose spesso e volentieri! )
La birra (ma senza schiuma) potrebbe essere una soluzione chimica. Lo avevo già intuito da ragazzo quando in un mio vecchio poster con Homer Simpson che tracannava un boccale di birra c’era scritto: “all’alcol, la causa e la soluzione a tutti i problemi della vita!”
Oppure un gas sciolto in acqua. Come l’anidride carbonica nell’acqua frizzante. La maggior parte delle acque gassate che si trovano in Italia è costituita da acqua minerale addizionata di anidride carbonica mediante un processo chiamato carbonazione.
Torniamo alla chimica, per preparare una soluzione il soluto deve sciogliersi in un solvente. Il soluto si separa nelle particelle costituenti. E’ richiesta energia per vincere le forze che tengono insieme le particelle. Le particelle di solvente si separano le une dalle altre per fare posto a quelle di soluto. E’ richiesta energia per vincere le forze intermolecolari tra le particelle di solvente. Le particelle di soluto interagiscono con quelle di solvente (forze intermolecolari). Viene liberata energia.
concetti e modelli.blu (Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile)
Dal punto di vista energetico, capisco che senza basi teoriche scientifiche, è meno evidente perché un soluto si scioglie in un determinato solvente. Il processo di dissoluzione sembrerebbe solo un processo fisico, invece anche qui interviene la chimica.
Ma in che modo? Facciamo un esempio semplice. Prendiamo un bicchiere di acqua e mescoliamo un cucchiaino di zucchero. Perché lo zucchero si scioglie in acqua? In questo caso l’acqua rompe i legami che tengono unite le molecole di un solido molecolare (zucchero) senza produrre ioni. Tra le molecole di acqua e quelle dello zucchero si formano dei legami intermolecolari a idrogeno.
Le stesse considerazioni le possiamo fare anche per i sali che si sciolgono in acqua.
Una regola semplice per capire solubilità delle sostanze è quella di fare riferimento al detto “il simile scioglie il simile”. Con ciò si vuole intendere che soluti di natura ionica o polare sono solubili in solventi polari come l’acqua, mentre soluti non polari come i grassi sono solubili in solventi non polari come gli idrocarburi (cioè le sostanze che compongono la benzina).
Ecco perché i sali che sono composti ionici si sciolgono bene in acqua. Le molecole di acqua si comportano come dipoli che interagiscono con gli ioni del cristallo di cloruro di sodio. Si parla di interazioni ione-dipolo.
La solubilità varia da sostanza a sostanza, quindi dipende dalla natura chimica del soluto e da parametri fisici come la temperatura. Infatti la solubilità del nostro sale da cucina a 20°C è di circa 36,5 grammi in 100 grammi di acqua. Alla stessa temperatura lo zucchero da tavola (saccarosio) ha una solubilità di circa 205 grammi in 100 grammi di acqua.
In chimica, parliamo di solubilità, come la quantità massima di soluto che può sciogliersi in un solvente ad una determinata temperatura. In generale come vediamo nel grafico in basso, la solubilità dei solidi aumenta all’aumentare della temperatura.
Comunque alcuni sali non seguono questo comportamento, come solfato di Cerio Ce₂ (SO₄) ₃
Per quanto riguarda, invece, la solubilità dei gas nei liquidi risulta influenzata dalla pressione e dalla temperatura. L’influenza della pressione sulla solubilità dei gas nei liquidi è notevole, ed è regolata da una legge chiamata legge di Henry (ovviamente dal nome del chimico-fisico inglese).
Quando apriamo una lattina di una bibita effervescente, le bollicine che si producono, derivano da una riduzione della pressione del diossido di carbonio che sovrasta il liquido. A una pressione più bassa, il gas è meno solubile e quindi fuoriesce dalla soluzione.
La solubilità dei gas in acqua diminuisce con la temperatura. Anche la solubilità in acqua di ossigeno e azoto segue questo comportamento. Considerato che l’ossigeno è necessario per la vita animale e vegetale, si comprende perché i mari del Nord, che sono più freddi e quindi ricchi di ossigeno, siano più ricchi di pesci.
Un fenomeno, molto interessante derivato dalla legge di Henry, è il fenomeno dell’embolia. Ovvero la variazione di solubilità dei gas disciolti nel sangue al variare della pressione, un inconveniente che riguarda molto spesso i sommozzatori, che utilizzano bombole con aria compressa. Questa aria è una miscela di azoto e ossigeno. L’aria compressa viene regolata ad una pressione tale da bilanciare la pressione che agisce sul corpo del sommozzatore che, a una profondità di 30 metri, equivale a 4 atmosfere (3 atmosfere dovute alla pressione dell’acqua e 1 atmosfera a quella dell’aria).
In queste condizioni la solubilità dell’azoto risulta essere circa 4 volte maggiore, per cui più azoto si scioglie nel sangue. Se il sommozzatore, risale in superficie troppo rapidamente, l’azoto con il diminuire della pressione, gassifica e quindi si formano delle piccolissime bolle che otturano i vasi sanguigni bloccando la circolazione del sangue. Nei casi meno gravi questo produce dolore o stordimento, nei casi gravi anche la morte.
Nel caso il cui sommozzatore venga colpito da embolia, deve essere posto in una camera di decompressione, nota come camera iperbarica.
Un esempio, insomma, di come la giusta conoscenza della chimica ci può salvare la vita.
Dott. Francesco Domenico Nucera
Pillole di chimica 