13.3: Soluzioni di solidi disciolti in acqua – Come fare Rock Candy
Come la temperatura influenza la solubilità
La solubilità di una sostanza è la quantità di quella sostanza che è necessaria per formare una soluzione satura in una data quantità di solvente a una temperatura specifica. 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}) di acqua a \(20 \text{o} \text{C}). La temperatura deve essere specificata perché la solubilità varia con la temperatura. Per i gas, deve essere specificata anche la pressione. La solubilità è specifica per un particolare solvente. Considereremo la solubilità della materia 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 in funzione della temperatura (Figura \(\PageIndex{4}).
Nota come la dipendenza dalla temperatura di \(\ce{NaCl}) è 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 drammaticamente la solubilità di \ce{KNO_3}.
Alcune sostanze – \ce{HCl}, \ce{NH_3}, e \ce{SO_2} – hanno una 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 sia del solvente che del soluto aumenta. Quando l’energia cinetica del soluto gassoso aumenta, le sue molecole hanno una maggiore tendenza a sfuggire all’attrazione delle molecole del solvente e a 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 \testo{g} di \ce{KNO_3} sia aggiunto a \100 \testo{g} di acqua a \30 \testo{C}. Secondo la curva di solubilità, circa \48 \testo{g} di \ce{KNO_3} si dissolverà a \(30 ^testo{o} \testo{C}}). Questo significa che la soluzione sarà satura poiché \48 \testo{g} è inferiore a \80 \testo{g}. Possiamo anche determinare che ci sarà \(80 – 48 = 32 \: \testo{g}}) di \ce_KNO_3} non disciolto che rimane sul fondo del contenitore. Ora supponiamo che questa soluzione satura sia riscaldata a \(60^{testo{o} \testo{C}). Secondo la curva, la solubilità di \ce{KNO_3} a \(60^testo{o} \testo{C}) è circa \(107 \testo{g}). Ora la soluzione è insatura poiché contiene solo l’originale \(80 \: \testo{g}) di soluto dissolto. Ora supponiamo che la soluzione sia raffreddata fino a \(0^testo{o} \testo{C}}). La solubilità a \0 \testo{o} \testo{C}} è circa \14 \: \testo{g}}, il che significa che \80 – 14 = 66 \: \testo{g}}) del \ce{KNO_3} ricristallizzerà.