Come la Temperatura Influenza la Solubilità
La solubilità di una sostanza è la quantità di sostanza che è necessario per formare una soluzione satura in una data quantità di solvente ad una determinata temperatura. La solubilità è spesso misurata come grammi di soluto per \(100 \: \text{g}\) di solvente. La solubilità del cloruro di sodio in acqua è \(36.0\: \ text{g}\) per \(100 \: \text{g}\) acqua a \(20^\text{o} \text{C}\). La temperatura deve essere specificata perché la solubilità varia con la temperatura. Per i gas, è necessario specificare anche la pressione. La solubilità è specifica per un particolare solvente. Considereremo la solubilità del materiale in acqua come solvente.
La solubilità della maggior parte delle sostanze solide aumenta all’aumentare della temperatura. Tuttavia, l’effetto è difficile da prevedere e varia ampiamente da un soluto all’altro. La dipendenza dalla temperatura della solubilità può essere visualizzata con l’aiuto di una curva di solubilità, un grafico della solubilità rispetto alla temperatura (vedi figura sotto).
Si noti come la dipendenza dalla temperatura di \(\ce{NaCl}\) sia abbastanza piatta, il che significa che un aumento della temperatura ha relativamente poco effetto sulla solubilità di \(\ce{NaCl}\). La curva per \(\ce {KNO_3}\), d’altra parte, è molto ripida e quindi un aumento della temperatura aumenta drasticamente la solubilità di \(\ce{KNO_3}\).
Diverse sostanze – \(\ce{HCl}\), \(\ce{NH_3}\) e \(\ce{SO_2}\) – hanno solubilità che diminuisce all’aumentare della temperatura. Sono tutti gas a pressione standard. Quando un solvente con un gas disciolto in esso viene riscaldato, l’energia cinetica del solvente e del soluto aumenta. Man mano che l’energia cinetica del soluto gassoso aumenta, le sue molecole hanno una maggiore tendenza a sfuggire all’attrazione delle molecole del solvente e tornare alla fase gassosa. Pertanto, la solubilità di un gas diminuisce all’aumentare della temperatura.
Le curve di solubilità possono essere utilizzate per determinare se una data soluzione è satura o insatura. Supponiamo che \(80\: \ text {g}\) di \(\ce{KNO_3}\) venga aggiunto a \(100 \: \text{g}\) dell’acqua a \(30^\text{o} \text{C}\). Secondo la curva di solubilità, approssimativamente \(48\: \ text{g}\) di \(\ce {KNO_3}\) si dissolverà a \(30^\text{o} \text{C}\). Ciò significa che la soluzione sarà satura poiché \(48 \: \text{g}\) è inferiore a \(80 \: \text{g}\). Possiamo anche determinare che ci sarà \(80 – 48 = 32 \: \testo {g}\) di non disciolto\ (\ce{KNO_3}\) che rimane nella parte inferiore del contenitore. Supponiamo ora che questa soluzione satura sia riscaldata a \(60 ^ \ text{o} \ text {C}\). Secondo la curva, la solubilità di \(\ce{KNO_3}\) a \ (60 ^ \ text{o} \ text {C}\) è di circa \(107 \: \text{g}\). Ora la soluzione è insatura poiché contiene solo l’originale \(80 \: \text{g}\) di soluto disciolto. Supponiamo ora che la soluzione sia raffreddata fino a \(0 ^ \ text{o} \ text {C}\). La solubilità in \(0 ^ \ text{o} \ text {C}\) è di circa \(14 \:\ text{g}\), il che significa che \(80 – 14 = 66 \: \il testo{g}\) di \(\ce {KNO_3}\) verrà ricristallizzato.