La chimica è una scienza interessante e piuttosto complessa. I suoi termini e concetti ci vengono in mente nella vita di tutti i giorni e non è sempre intuitivamente chiaro cosa significhino e quale sia il loro significato. Uno di questi concetti è la solubilità. Questo termine è ampiamente utilizzato nella teoria delle soluzioni, e nella vita di tutti i giorni ne incontriamo l'uso perché siamo circondati da queste stesse soluzioni. Ma non è tanto l'uso stesso di questo concetto che è importante, quanto i fenomeni fisici che esso denota. Ma prima di passare alla parte principale della nostra storia, entriamo rapidamente nel diciannovesimo secolo, quando Svante Arrhenius e Wilhelm Ostwald formularono la teoria della dissociazione elettrolitica.
Cronologia
Lo studio delle soluzioni e della solubilità inizia con la teoria fisica della dissociazione. È il più facile da capire, ma troppo primitivo e coincide con la re altà solo in alcuni momenti. L'essenza di questa teoria è che il soluto, entrando nella soluzione, si decompone in particelle cariche chiamate ioni. Sono queste particelle che determinano le proprietà chimiche della soluzione e alcune delle sue caratteristiche fisiche, tra cui conducibilità e punto di ebollizione, punto di fusione e punto di cristallizzazione.
Ma ce ne sono di piùteorie complesse che considerano una soluzione come un sistema in cui le particelle interagiscono tra loro e formano i cosiddetti solvati - ioni circondati da dipoli. Un dipolo è, in generale, una molecola neutra, i cui poli sono di carica opposta. Il dipolo è molto spesso una molecola di solvente. Entrando nella soluzione, la sostanza disciolta si decompone in ioni e i dipoli sono attratti rispettivamente a uno ione dall'estremità caricata in modo opposto rispetto a loro e ad altri ioni dall' altra estremità caricata in modo opposto. Così si ottengono solvati - molecole con un guscio di altre molecole neutre.
Ora parliamo un po' dell'essenza delle teorie stesse e diamo un'occhiata più da vicino.
Teorie della soluzione
La formazione di tali particelle può spiegare molti fenomeni che non possono essere descritti usando la teoria classica delle soluzioni. Ad esempio, l'effetto termico della reazione di dissoluzione. Dal punto di vista della teoria di Arrhenius, è difficile dire perché, quando una sostanza viene disciolta in un' altra, il calore può essere assorbito e rilasciato. Sì, il reticolo cristallino viene distrutto e quindi l'energia viene consumata e la soluzione si raffredda o rilasciata durante il decadimento a causa dell'energia in eccesso dei legami chimici. Ma risulta impossibile spiegarlo dal punto di vista della teoria classica, poiché lo stesso meccanismo di distruzione rimane incomprensibile. E se applichiamo la teoria chimica delle soluzioni, diventa chiaro che le molecole di solvente, incuneate nei vuoti del reticolo, lo distruggono dall'interno, come se "chiudessero"ioni l'uno dall' altro da un guscio di solvatazione.
Nella prossima sezione, esamineremo cos'è la solubilità e tutto ciò che riguarda questa quantità apparentemente semplice e intuitiva.
Il concetto di solubilità
È puramente intuitivo che la solubilità indichi quanto bene una sostanza si dissolve in un determinato solvente particolare. Tuttavia, di solito sappiamo molto poco sulla natura della dissoluzione delle sostanze. Perché, ad esempio, il gesso non si dissolve nell'acqua e il sale da cucina - viceversa? Riguarda la forza dei legami all'interno della molecola. Se i legami sono forti, per questo motivo queste particelle non possono dissociarsi in ioni, distruggendo così il cristallo. Pertanto, rimane insolubile.
La solubilità è una caratteristica quantitativa che mostra la proporzione di un soluto sotto forma di particelle solvatate. Il suo valore dipende dalla natura del soluto e del solvente. La solubilità in acqua per diverse sostanze è diversa, a seconda dei legami tra gli atomi nella molecola. Le sostanze con legami covalenti hanno la solubilità più bassa, mentre quelle con legami ionici hanno la più alta.
Ma non sempre è possibile capire quale solubilità sia grande e quale piccola. Pertanto, nella prossima sezione, discuteremo qual è la solubilità di varie sostanze in acqua.
Confronto
Ci sono molti solventi liquidi in natura. Ci sono ancora più sostanze alternative che possono fungere da ultime quando vengono raggiunte determinate condizioni, ad esempio una certastato aggregato. Diventa chiaro che se raccogli dati sulla solubilità reciproca di ogni coppia di "soluto - solvente", non sarà sufficiente per un'eternità, perché le combinazioni sono enormi. Pertanto, è successo che sul nostro pianeta l'acqua sia il solvente e lo standard universali. Lo hanno fatto perché è il più comune sulla Terra.
Così, è stata compilata una tabella di solubilità in acqua per molte centinaia e migliaia di sostanze. L'abbiamo visto tutti, ma in una versione più breve e comprensibile. Le celle della tabella contengono lettere che denotano una sostanza solubile, insolubile o leggermente solubile. Ma ci sono tavoli più altamente specializzati per coloro che sono seriamente esperti di chimica. Indica l'esatto valore numerico della solubilità in grammi per litro di soluzione.
Ora passiamo alla teoria di una cosa come la solubilità.
Chimica della solubilità
Come avviene lo stesso processo di scioglimento, abbiamo già analizzato nelle sezioni precedenti. Ma come, ad esempio, annotare tutto come reazione? Non tutto è così semplice qui. Ad esempio, quando un acido viene sciolto, uno ione idrogeno reagisce con l'acqua per formare uno ione idronio H3O+. Quindi, per HCl, l'equazione di reazione sarà simile a questa:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
La solubilità dei sali, a seconda della loro struttura, è determinata anche dalla loro reazione chimica. Il tipo di quest'ultimo dipende dalla struttura del sale elegami all'interno delle sue molecole.
Abbiamo capito come registrare graficamente la solubilità dei sali in acqua. Ora è il momento dell'applicazione pratica.
Applicazione
Se elenchi i casi in cui questo valore è necessario, nemmeno un secolo è sufficiente. Indirettamente, utilizzandolo, puoi calcolare altre grandezze molto importanti per lo studio di qualsiasi soluzione. Senza di esso, non saremmo in grado di conoscere l'esatta concentrazione della sostanza, la sua attività, non saremmo in grado di valutare se il medicinale curerà una persona o ucciderà (dopotutto, anche l'acqua è pericolosa per la vita in grandi quantità).
Oltre all'industria chimica e agli scopi scientifici, comprendere l'essenza della solubilità è necessaria anche nella vita di tutti i giorni. In effetti, a volte è necessario preparare, ad esempio, una soluzione supersatura di una sostanza. Ad esempio, questo è necessario per ottenere cristalli di sale per i compiti di un bambino. Conoscendo la solubilità del sale in acqua, possiamo facilmente determinare quanto deve essere versato in un recipiente in modo che inizi a precipitare e a formare cristalli da un eccesso.
Prima di concludere la nostra breve escursione nella chimica, parliamo di alcuni concetti relativi alla solubilità.
Cos' altro è interessante?
Secondo noi, se sei arrivato a questa sezione, probabilmente hai già capito che la solubilità non è solo una strana quantità chimica. È la base per altre quantità. E tra questi: concentrazione, attività, costante di dissociazione, pH. E questo non è un elenco completo. Devi averne sentito almeno unoda queste parole. Senza questa conoscenza della natura delle soluzioni, il cui studio è iniziato con la solubilità, non possiamo più immaginare la chimica e la fisica moderne. Qual è la fisica qui? A volte i fisici si occupano anche di soluzioni, misurano la loro conduttività e usano le loro altre proprietà per i propri bisogni.
Conclusione
In questo articolo abbiamo conosciuto un concetto chimico come la solubilità. Questa era probabilmente un'informazione abbastanza utile, dal momento che la maggior parte di noi difficilmente comprende l'essenza profonda della teoria delle soluzioni senza avere il desiderio di immergersi nel suo studio in dettaglio. In ogni caso, è molto utile allenare il cervello imparando qualcosa di nuovo. Dopotutto, una persona deve "studiare, studiare e studiare di nuovo" per tutta la vita.
