Cos’è una soluzione insatura?

Una soluzione insatura o insatura è una soluzione chimica in cui la concentrazione di soluto è inferiore alla sua solubilità e , pertanto, può ancora dissolverne una quantità maggiore. In altre parole, è una soluzione non ancora satura di soluto, poiché la sua concentrazione non è sufficiente per raggiungere l’equilibrio di solubilità.

Ciò che determina se ci si trova o meno in presenza di una soluzione insatura è la concentrazione del soluto e una reazione chimica reversibile nota come equilibrio di solubilità. La relazione dei due è spiegata in dettaglio in seguito; ma prima vediamo cosa caratterizza le soluzioni insature.

Caratteristiche di una soluzione insatura

• Nelle soluzioni insature, tutto il soluto è disciolto nel solvente , quindi non c’è residuo. Sono impasti perfettamente omogenei.
• Hanno una concentrazione inferiore alla solubilità del soluto nel rispettivo solvente. Ad esempio, se la solubilità di una sostanza pura A in un solvente, diciamo acqua, è di 0,5 g/100 ml di soluzione, allora una soluzione la cui concentrazione è di 0,4 g/100 ml di soluzione sarà una soluzione insatura.
• Possono ancora dissolvere più soluto. Essendo insature, queste soluzioni ammettono ancora una maggiore quantità di soluto. Questo, ovviamente, finché la soluzione non diventa satura.
• Possono avere concentrazioni molto diverse a seconda del solvente e del soluto. Ad esempio, una soluzione di zucchero in acqua può avere un rapporto massa-volume fino al 20% m/v e non essere ancora satura, mentre una soluzione insatura di cloruro d’argento (AgCl) deve avere una concentrazione inferiore a 1,8 mg/l (0,00018% m/v).
• Finché le condizioni non cambiano, non cristallizzeranno spontaneamente né formeranno precipitati. Per fare ciò, una soluzione deve essere sovrasatura.

Esempi di soluzioni insature

• L’aceto è una soluzione insatura di acido acetico (CH ₃ COOH) in acqua.
• L’acido della batteria è una soluzione insatura di acido solforico (H ₂ SO ₄ ) in acqua.
• Molti profumi sono soluzioni insature di composti aromatici e oli essenziali in alcool.
• Gli smalti trasparenti sono soluzioni altamente concentrate ma insature di resine plastiche in solventi organici come eteri e chetoni.
• L’acqua di mare è una soluzione insatura di sali in acqua.
• Il plasma sanguigno è una soluzione molto complessa con un gran numero di soluti a diverse concentrazioni, ma è una soluzione insatura.
• Uno sciroppo leggero preparato sciogliendo due tazze di zucchero in un litro d’acqua è una soluzione insatura, nonostante abbia un’alta concentrazione di soluto.

Equilibrio di solubilità e soluzioni insature

Come già accennato in precedenza, il principio chimico alla base delle soluzioni insature è l’equilibrio di solubilità . Ogni volta che un soluto viene disciolto in un solvente, si verifica un processo in cui le molecole del solvente disintegrano il solido, separando le molecole o gli ioni che lo compongono per dissolverlo. Questo processo è reversibile, cioè avviene anche in direzione opposta, portando alla formazione del solido. A seconda che il soluto sia un composto molecolare o un composto ionico, la reazione di dissoluzione può essere rappresentata in due modi:

Qui, A rappresenta qualsiasi soluto molecolare come lo zucchero, e M _a A _b è un esempio di qualsiasi soluto ionico costituito da ioni M ^q+ e A ^p- b ioni , che potrebbero essere AgCl, MgCl ₂ o qualsiasi altro. Si presumeva che fossero soluti solidi, sebbene A potesse anche essere un liquido o un gas. Si presumeva che anche l’acqua fosse un solvente (aq. significa acquoso), sebbene lo stesso si applicasse a qualsiasi altro solvente.

Essendo reazioni reversibili , queste reazioni hanno una costante di equilibrio ad esse associata. Nel caso di composti ionici tale costante è detta costante del prodotto di solubilità ed è data da:

Dove K _ps è la costante del prodotto di solubilità, [M ^q+ ] e [A ^p- ] rappresentano rispettivamente le concentrazioni molari all’equilibrio degli ioni M ^q+ e A ^p- , e aeb sono i coefficienti stechiometrici. Per i soluti molecolari, la costante di equilibrio è semplicemente la concentrazione molare di equilibrio per una soluzione satura.

Definizione di soluzione insatura in termini di costante di equilibrio di solubilità

La costante di solubilità è ciò che determina quando siamo in presenza di una soluzione insatura. Per ogni soluzione di un soluto ionico, il prodotto della concentrazione degli ioni elevati ai loro coefficienti stechiometrici è detto quoziente di reazione ed è rappresentato da Q _ps :

Per sapere se si ha una soluzione insatura basta confrontare il valore di Q _ps con i K _ps del soluto nel solvente e alla temperatura specifica del caso. Solo quando Q _ps è uguale a K _ps si può dire che la soluzione è satura. Se è maggiore di K _ps , la soluzione è sovrasatura, e quando è minore di K _ps , è una soluzione insatura. In sintesi:

Per i soluti molecolari come lo zucchero o un alcol scarsamente solubile in acqua, l’unica cosa che cambia è che Q è semplicemente la concentrazione molare del soluto nella soluzione. Tutto il resto è uguale.

Livelli di saturazione nelle soluzioni

Come si è potuto osservare nella sezione precedente, in base alla concentrazione del soluto o al suo livello di saturazione, le soluzioni possono essere classificate come:

1. soluzioni insature . Sono l’argomento principale di questo articolo e sono quelli che ammettono ancora una quantità di soluto maggiore di quella che già hanno. Sono omogenei e non precipitano spontaneamente.
2. Soluzioni sature . Sono quelli in cui la massima quantità possibile di soluto è già stata disciolta ad una data temperatura. In queste soluzioni il soluto puro allo stato solido, liquido o gassoso è in equilibrio con il soluto in soluzione, motivo per cui si distinguono due fasi (sono miscele eterogenee). Nonostante sia presente, la quantità di soluto puro non cambia poiché il sistema è in equilibrio.
3. Soluzioni sovrasature . Queste soluzioni hanno disciolto una quantità di soluto maggiore di quella consentita dal solvente. Per questo motivo rappresentano uno stato instabile in cui il soluto può separarsi spontaneamente dalla soluzione mediante cristallizzazione o precipitazione.

Soluzioni insature e temperatura

È importante notare che quando si parla di una soluzione insatura, è necessario specificare sempre la temperatura. Questo perché la solubilità dipende dalla temperatura , quindi una soluzione che è insatura a una temperatura può diventare satura o addirittura sovrasatura se la temperatura cambia. Per la maggior parte dei soluti solidi e liquidi, la solubilità diminuisce con l’aumentare della temperatura, e il contrario è vero per i gas. Lo stesso vale anche per soluzioni sature e sovrasature. Se una soluzione satura o sovrasatura di un soluto solido viene riscaldata, la solubilità può aumentare fino a quando tutto il soluto presente non si dissolve, rendendola una soluzione insatura.

Riferimenti

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