Gettando un pizzico di comune sale da cucina in un bicchiere d'acqua è possibile osservare come, più o meno lentamente, il sale si sciolga e fino a "sparire", ovvero fino a che non è più possibile osservarlo nella sua forma cristallina. Che cosa è successo?
La risposta è semplice. Il sale si è sciolto nell’acqua, ma non è sparito del tutto: ha formato con l'acqua una soluzione.
Una soluzione è una miscela omogenea di due sostanze, omogenea perché possiede le stesse caratteristiche intensive (temperatura, pressione, densità) in ognuna delle sue parti.
La soluzione è composta da due parti: il solvente e il soluto.
Un metodo pratico per riuscire a identificarle è considerare il solvente come la componente in maggiore quantità e il soluto come quella in minore quantità.
Nel nostro bicchiere d'acqua con sale, il soluto è NaCl (cloruro di sodio, ovvero il sale) mentre l’acqua è il solvente in cui il sale è sciolto. L’acqua è il solvente più comune ma, ovviamente, non è l’unico: solventi molto comuni sono, per esempio, l'acetone, l'etanolo e diversi composti derivanti dal benzene.
Il processo di unione solvente-soluto si chiama solvatazione (e nel caso dell'acqua si parla di idratazione).
Quando si parla di soluzioni, tendenzialmente si pensa allo stato liquido. In realtà le soluzioni possono essere non solo liquide, ma anche gassose, come l’aria che respiriamo, e solide, come alcune leghe metalliche.
I soluti si sciolgono all’interno della soluzione poiché il solvente è in grado di vincere le forze che mantengono unite le molecole, dissolvendo il soluto.
In una soluzione acquosa, un solido ionico come il sale, in cui il sodio e il cloro esistono già in forma di ioni, si scioglie molto facilmente. Ciò accade perché gli ioni vengono immediatamente “accerchiati” da molecole d’acqua proprio grazie alla polarità di quest’ultima che è in grado di interagire sia con cationi sia con anioni. Ciò causa l’allontanamento dei due ioni, che quindi non possono esistere più come solido.
Esiste una soglia oltre la quale il sale aggiunto in acqua non si scioglie più?
Questo accade quando la quantità di soluto supera un certo valore, chiamato solubilità. La solubilità di un soluto è la massa in grammi sciolta in 100g di solvente, quando la soluzione è satura, a una temperatura fissa.
Quando una soluzione è satura, parte del soluto non si scioglie più nel solvente e va a formare un precipitato, il quale è in equilibrio con la parte dissolta. Cioè dal precipitato si liberano molecole nel solvente, e nello stesso tempo la stessa quantità di soluto si cristallizza nel precipitato.
Esistono diversi modi per definire con esattezza la concentrazione, o titolo, delle soluzioni, ovvero la quantità di soluto al loro interno.
- Molarità (M), è il numero di moli di soluto per litro di soluzione
M = n° moli di soluto / volume di soluzione [M] = mol/l
Tenendo presente che:
n° moli = grammi di soluto / peso molecolare del soluto n° moli = g/(g/mol)
- Molalità (m), è il numero di moli di soluto contenuto in 1kg di solvente
m = n°moli di soluto / kg di solvente [m] = mol/kg
- Concentrazione percentuale massa/massa (% m/m) è il numero di grammi di soluto disciolti in 100g di soluzione
% m/m = massa soluto (g) / massa soluzione (g) • 100
- Concentrazione percentuale massa/volume (% m/V) è il numero di grammi di soluto disciolti in 100ml di soluzione
% m/V = massa soluto (g) / volume soluzione (ml) • 100
- Concentrazione percentuale volume/volume (% V/V) è il numero di millilitri di soluto disciolti in 100ml di soluzione
% V/V = volume soluto (ml) / volume soluzione (ml) • 100
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