Solubilitate

Echilibru chimic

În chimie , solubilitatea (sau miscibilitatea ) unui dizolvat într-un solvent , în anumite condiții de temperatură și presiune , este definită ca cantitatea maximă a unui dizolvat care în aceste condiții se dizolvă într-o cantitate dată de solvent, formând astfel o singură fază Cu acesta. ^[1] Solubilitatea unui anumit solvent într-un anumit solvent depinde nu numai de caracteristicile celor două substanțe, ci și de temperatură și presiune.

Se spune că o soluție este „saturată” atunci când a atins concentrația maximă de solut pe care o poate conține în condiții de echilibru. Prin adăugarea de solut suplimentar la o soluție saturată, această soluție va deveni " suprasaturată ", dar această condiție nu este echilibrată, astfel încât excesul de solut va tinde să se separe de soluția formând o fază separată, pentru a readuce soluția în condiții de saturație. .

Solubilitatea $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ este exprimat ca:

$\alpha ={\frac {c}{c_{s}}}=1+{\frac {\Delta c}{c_{s}}}=1+s$ ${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {c} {c_ {s}}} = 1 + {\ frac {\ Delta c} {c_ {s}}} = 1 + s}$ $\ alpha = {\ frac {c} {c_ {s}}} = 1 + {\ frac {\ Delta c} {c_ {s}}} = 1 + s$

in care $c$ ${\ displaystyle c}$ $c$ Și $c_{s}$ ${\ displaystyle c_ {s}}$ $c _ {{s}}$ sunt concentrațiile curente și de saturație și $s$ ${\ displaystyle s}$ $s$ este fracția de suprasaturare .

Solubilitatea este de obicei exprimată ca grame de dizolvat dizolvat în 100 de grame de solvent la o temperatură dată. ^[2] ^[3]

Reguli de solubilitate ale unor solute solide

Regulile de solubilitate ne permit să știm ce compuși sunt solubili în apă și excepțiile lor (cazuri în care nu se dizolvă).

Regulile de solubilitate sunt utile pentru a determina care produs al unei reacții cu dublu schimb (care este asociat cu un fenomen de precipitare ), cu reactanții în soluție apoasă , nu este solubil în apă și, prin urmare, va forma un precipitat solid în interiorul soluției.

Sunt solubili în apă:

majoritatea sărurilor de litiu sunt solubile (carbonatul de litiu nu este foarte solubil), la fel ca și cele de sodiu , potasiu și amoniu ;
cloruri , bromuri și ioduri ( cu excepția AgCl , AgBr , AgI , Hg ₂ Cl ₂ , Hg ₂ Br _2, Hg ₂ I ₂ și _PbCI2 );
acetați (cu excepția acetatului de argint );
toți nitrații ;
săruri de bariu (cu excepția BaSO ₄ și BaCO ₃ );
toți hidroxizii (cu excepția celor de calciu , magneziu , beriliu și metale de tranziție );
sulfurile de alcaline metale, metale alcalino - pământoase și amoniu ;
fosfații , cromații și carbonații metalelor alcaline și ale ionului de amoniu ;
sulfați , cu excepția celor de bariu, mercur , plumb (foarte puțin solubil), calciu și argint (puțin mai solubil decât precedentele).

Regulile de solubilitate a alcoolilor

Solubilitatea alcoolilor în apă (sau în alți solvenți polari) variază în funcție de lungimea lanțului de atomi de carbon prezenți. De exemplu, metanolul (care conține un singur atom de carbon) este foarte solubil în apă, în timp ce alcoolul propilic (care conține trei atomi de carbon) este mai puțin solubil. Solubilitatea alcoolilor care conțin mai mult de 6 atomi de carbon este practic nulă, deoarece legătura de hidrogen care se formează între hidroxilul (OH) al alcoolului și dipolii apei devine din ce în ce mai puțin influențată în prezența lanțurilor lungi de atomi de carbon (care alcătuiesc partea nepolară a moleculei).

Influența temperaturii

Curba de saturație pe măsură ce temperatura se schimbă: solubilitate directă și inversă.

Curbele de saturație exprimă valoarea concentrației solutului în condiții de saturație atunci când un parametru, cum ar fi temperatura sau presiunea, variază. Dacă solubilitatea crește odată cu temperatura, se spune că sistemul solvent-solut are o solubilitate directă , în timp ce dacă solubilitatea scade odată cu creșterea temperaturii, se spune că sistemul are solubilitate inversă .

Următoarele tabele exemplifică tendința directă și inversă a solubilității: ^[3]

Solubilitatea clorurii de sodiu în apă (grame de solut în 100 de grame de apă)
Temperatura (° C)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Solubilitate	35.7	35,8	36.0	36.3	36.6	37.0	37.3	37,8	38.4	39.0	39,8

Solubilitatea dioxidului de sulf în apă (grame de substanță dizolvată în 100 cm³ de soluție H ₂ O-SO ₂ , la P = 1 atm)
Temperatura (° C)	0	10	20	30	40	50
Solubilitate	22,83	16.21	11.29	7.81	5.41	4.5

Se deduce că clorura de sodiu ^[2] (solidă) din apă are solubilitate directă, în timp ce dioxidul de sulf (gaz) are solubilitate inversă. În general, de fapt, substanțele solide au solubilitate directă, în timp ce cele gazoase au solubilitate inversă. Cu toate acestea, există excepții: de exemplu, carbonatul de litiu (solid) din apă are solubilitate inversă.

Influența presiunii

În general, creșterea presiunii determină o creștere a solubilității, chiar dacă este un fenomen care poate fi apreciat doar în gaze . Influența presiunii asupra solubilității dioxidului de carbon în băuturile carbogazoase face parte din experiența zilnică: atâta timp cât sticla este sigilată, presiunea internă mai mare permite anhidridei să rămână în soluție, când sticla este deschisă, scăderea presiunii implică gazificarea rapidă a anhidridei dizolvate cu formarea consecventă a bulelor . Solubilitatea gazelor în apă este bine descrisă în legea lui Henry . Cu toate acestea, trebuie considerat că soluțiile apoase de CO ₂ , SO ₂ și NH ₃ , deși sunt adesea indicate, nu sunt exemple optime, deoarece sunt sisteme care reacționează chimic, care, prin urmare, prezintă tendințe de solubilitate anormale.

Solubilitate în stare solidă

Solubilitatea în fază solidă este esențială pentru înțelegerea comportamentului unor aliaje . Unele materiale metalice (de exemplu Au și Cu sau, în anumite limite, Fe și Cr ) atunci când se solidifică formează o singură fază , în care un element nu se distinge de celălalt. În acest caz, se spune că cele două metale formează o soluție solidă . Solubilitatea elementelor în matricea cristalină a elementului de bază poate fi totală ( a se vedea cazurile indicate mai sus), în general , în acest caz , există un aliaj de substituție, adică, atomii de un material înlocui pe cele ale celuilalt în rețea de cristal . rezultă că, pentru a avea acest tip de aliaj, cele două materiale trebuie să aibă același rețea de cristal.

În alte cazuri, solubilitatea nu este totală, ci doar parțială: când procentul materialului dizolvat în matricea materialului solvent (prin soluție se înțelege materialul din cel mai mic procent atomic și solvent cel cu cel mai mare procent atomic) depășește o anumită valoare, se formează o fază diferită formată doar de solut. Cel mai cunoscut caz este cel al C în Fe (a se vedea diagrama fier-carbon ), în care C este solubil în Fe pentru un maxim de aproximativ 2% la 1150 ° C, în timp ce la temperatura camerei este practic insolubil. În general, această solubilitate formează aliaje interstițiale , în care atomii solutului (care trebuie să aibă o rază atomică mult mai mică decât cea a solventului) ocupă spațiile lăsate libere în interiorul rețelei de către atomii mai mari. Bineînțeles, prezența corpurilor străine modifică semnificativ parametrii reticulari .

Notă

^ (EN) miscibilitate , în IUPAC Gold Book, IUPAC. Accesat la 25 octombrie 2015 .
^ ^a ^b Chemistry 30 Solution Chemistry - Solubility Curves , pe saskschools.ca (arhivat din original la 1 mai 2009) .
^ ^a ^b Perry , p. 120 .