Tutto quello che c’è da sapere sulle soluzioni sature in chimica

Una soluzione satura è quella che non ammette la dissoluzione di più soluto. In altre parole, è una soluzione in cui è già stata raggiunta la massima concentrazione di soluto che può essere disciolta in quel particolare solvente e ad una particolare pressione e temperatura. Si tratta di soluzioni in cui si è stabilito l’equilibrio di solubilità tra il soluto disciolto nel solvente e il soluto allo stato solido sul fondo del contenitore, allo stato liquido sopra o sotto il solvente (a seconda delle densità) o in uno stato gassoso.

equilibrio di solubilità

Come appena accennato, una soluzione è satura quando viene raggiunto l’equilibrio di solubilità. Nel caso più semplice, questo equilibrio può essere rappresentato dalla seguente equazione chimica:

Dove S rappresenta un soluto molecolare (che non si dissocia) ei pedici indicano se è puro e allo stato solido, oppure se è disciolto (ac significa in soluzione acquosa, anche se potrebbe essere in qualsiasi altro solvente).

Quando si hanno solventi molecolari come in questo caso, per ottenere una soluzione satura e si possa stabilire l’equilibrio, è necessario che la concentrazione del soluto nella soluzione sia uguale alla costante di equilibrio, Ks, e che sia rimasto ancora del soluto allo stato solido non disciolto.

Nel caso di soluti ionici come i sali, la reazione generale è la seguente:

dove K _ps è la costante del prodotto di solubilità, [M ^m+ ] _eq rappresenta la concentrazione molare del catione M ^m+ nella soluzione satura e [A ^n- ] _eq rappresenta la concentrazione molare di A ^n- nella soluzione satura.

In questo caso la condizione che definisce la soluzione satura è che il prodotto delle concentrazioni degli ioni in soluzione (M m+ ^e A ^n- ) elevato ai rispettivi coefficienti stechiometrici (nym) sia uguale alla costante del prodotto di solubilità. Se il risultato è maggiore di K _ps , la soluzione è sovrasatura, se è minore è insatura.

L’equilibrio della soluzione satura è dinamico.

Quando si ottiene una soluzione satura, sembra che il soluto non si dissolva più nel solvente e che il processo di dissoluzione si sia interrotto. Tuttavia, non è esattamente così. Infatti, come nella maggior parte degli equilibri chimici, l’equilibrio di solubilità non è un equilibrio statico ma dinamico, in cui la reazione diretta (dissoluzione di più soluto) e la reazione inversa (precipitazione del soluto dalla soluzione) avvengono contemporaneamente valutare. Per questo motivo non si nota alcun cambiamento né nella quantità netta di soluto solido né nella concentrazione del soluto nella soluzione.

Modi per ottenere una soluzione satura

Esistono tre modi fondamentali per ottenere soluzioni sature:

1. Aggiungi soluto fino a quando non si dissolve più , non importa quanto vigorosamente la soluzione venga agitata. Questo è il metodo più semplice, anche se a volte può essere molto noioso poiché ci sono soluti che si dissolvono molto lentamente.
2. Il secondo modo è partire da una soluzione insatura e iniziare a far evaporare il solvente . Poiché il volume totale della soluzione diminuisce senza perdita di soluto, la concentrazione del soluto aumenterà fino a raggiungere la massima concentrazione (o solubilità). In quel momento il soluto comincerà a precipitare e da quel momento in poi avrai una soluzione satura.
3. Un altro modo è quello di dissolvere più soluto di quanto il solvente sia in grado di gestire attraverso il riscaldamento . Lasciando raffreddare questa soluzione , si otterrà una soluzione sovrasatura. Per questo motivo, qualsiasi disturbo, da una vibrazione alla semina di un piccolo cristallo sulla superficie della soluzione, innescherà immediatamente la precipitazione del soluto in eccesso. Questa precipitazione cesserà non appena sarà raggiunto il livello di saturazione.

Esiste un quarto modo per ottenere soluzioni sature da soluzioni insature che consiste nel modificare progressivamente il mezzo o il solvente per ridurre la solubilità del soluto. Ciò può essere ottenuto aggiungendo un solvente organico, modificando il pH e anche in altri modi.

Fattori che influenzano l’equilibrio di solubilità e le soluzioni sature

La natura del soluto e del solvente

Ogni composto chimico ha la sua solubilità in ogni diverso tipo di solvente. Ad esempio, lo zucchero è molto più solubile del sale in acqua, quindi sarà sempre più facile saturare una soluzione con il sale che con lo zucchero. Ci sono anche casi in cui è impossibile ottenere una soluzione satura. Tale è il caso di soluti che sono miscibili con il solvente, come soluzioni di alcol etilico e acqua, che possono essere miscelati in qualsiasi proporzione.

Temperatura

Come visto poc’anzi, la temperatura gioca un ruolo importante nelle soluzioni sature, poiché un aumento della temperatura può aumentare la solubilità del soluto, sciogliendo tutto il soluto solido e trasformando una soluzione satura in una insatura.

D’altra parte, l’effetto della temperatura sulla solubilità dei gas è esattamente l’opposto. Invece di aumentarne la solubilità, le alte temperature la diminuiscono. Prova di ciò è il caso delle bevande analcoliche. Questi perdono la maggior parte dei loro gas con l’aumentare della temperatura.

pH

Nei casi in cui il soluto ha proprietà acido-base, il pH può giocare un ruolo molto importante nel determinarne la solubilità. In generale, qualsiasi reazione che aiuti a ionizzare ulteriormente il soluto aumenterà la sua solubilità, che può trasformare una soluzione satura in una insatura.

Ad esempio, se il soluto è un acido debole come l’acido benzoico e si dispone di una soluzione satura, l’aggiunta di idrossido di sodio che reagisce con detto acido e si ionizza aiuterà a dissolvere più soluto nella soluzione.

La pressione

La pressione influisce maggiormente sui soluti gassosi. Un forte aumento della pressione dei gas al di sopra di una soluzione può costringere il gas a dissolversi in quantità maggiore nel solvente. Questo sarebbe l’equivalente di aumentare la temperatura per i soluti solidi. Nel caso dei gas, fintanto che la soluzione e il gas sono confinati in un contenitore sigillato, non importa quanto sia la pressione, la soluzione finirà sempre satura di gas se gli viene concesso abbastanza tempo.

effetto ione comune

Lo ione comune rappresenta un effetto simile a quello del pH. Quando si desidera dissolvere un soluto ionico in una soluzione, si dissocerà e produrrà una certa concentrazione dei suoi rispettivi ioni. Se proviamo a dissolvere lo stesso soluto ionico in una soluzione che contiene già alcuni dei suoi ioni, sarà più difficile dissolverlo che se lo facessimo nel solvente puro. Questo è chiamato effetto ione comune e facilita la saturazione delle soluzioni.

Esempi di soluzioni sature

Bevande gassate sigillate

Tutte le bevande analcoliche, le bibite gassate e le birre gassate sono soluzioni sature di anidride carbonica in acqua purché la bottiglia o la lattina siano completamente sigillate.

Nel momento in cui la bottiglia viene stappata, l’equilibrio si perde e la soluzione diventa improvvisamente una soluzione sovrasatura, quindi i gas iniziano a ribollire, fuoriuscendo.

L’acqua sulle rive del Mar Morto

Il Mar Morto è uno dei laghi più salati della terra e sulla riva è possibile vedere la cristallizzazione del sale che proviene dall’acqua del lago. Ciò significa che, in alcune parti, l’acqua è rimasta intrappolata in piccole pozzanghere che, evaporando, si saturano di sale e cominciano a precipitare.

alcuni tipi di miele

Ci sono alcuni tipi di miele più concentrati di altri e, in alcuni casi, sono così concentrati che gli zuccheri che contengono iniziano a cristallizzare nella bottiglia.

Ciò dimostra che la soluzione era originariamente sovrasatura e che, dopo la cristallizzazione, è diventata una soluzione satura.

Riferimenti

Marrone, T. (2021). Chimica: il Science Center. (11a ed.). Londra, Inghilterra: Pearson Education.

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Miele e temperatura (nd) Estratto da https://www.latiendadelapicultor.com/blog/la-miel-y-la-temperatura/