Forze intermolecolari nelle soluzioni

La formazione di una soluzione è un esempio di processo spontaneo, un processo che si verifica in condizioni specifiche senza energia da qualche fonte esterna.

Quando i punti di forza delle forze intermolecolari di attrazione tra le specie di soluto e solvente in una soluzione non sono diversi da quelli presenti nei componenti separati, la soluzione si forma senza alcun cambiamento di energia di accompagnamento. Tale soluzione è chiamata soluzione ideale. Una miscela di gas ideali (o gas come elio e argon, che si avvicinano strettamente al comportamento ideale) è un esempio di soluzione ideale poiché le entità che compongono questi gas non sperimentano attrazioni intermolecolari significative.

Le soluzioni ideali possono anche formarsi quando vengono mescolati liquidi strutturalmente simili. Ad esempio, miscele di alcoli metanolo (CH₃OH) ed etanolo (C₂H₅OH) formano soluzioni ideali, così come le miscele di idrocarburi pentano, C₅H₁₂e esano, C₆H₁₄. A differenza di una miscela di gas, tuttavia, i componenti di queste soluzioni liquido-liquido sperimentano, infatti, forze attrattive intermolecolari. Ma poiché le molecole delle due sostanze miscelate sono strutturalmente molto simili, le forze intermolecolari attraenti tra molecole simili e diverse sono essenzialmente le stesse, e il processo di dissoluzione, quindi, non comporta alcun aumento o diminuzione apprezzabile dell’energia. Questi esempi illustrano come l’aumento della dispersione della materia da solo possa fornire la forza motrice necessaria per causare la formazione spontanea di una soluzione. In alcuni casi, tuttavia, le magnitudini relative delle forze intermolecolari di attrazione tra le specie di soluto e solvente possono impedire la dissoluzione.

Si consideri l’esempio di un composto ionico che si dissolve in acqua. La formazione della soluzione richiede che le forze elettrostatiche tra i formazioni e gli anioni del composto (soluto-soluto) siano superate completamente man mano che si vengono stabilite forze attraenti tra questi ioni e molecole d’acqua (soluto-solvente). Anche il legame idrogeno tra una frazione relativamente piccola delle molecole d’acqua deve essere superato per adattarsi a qualsiasi soluto disciolto. Se le forze elettrostatiche del soluto sono significativamente maggiori delle forze di solvatazione, il processo di dissoluzione è significativamente endotermico e il composto non può dissolversi in misura apprezzabile. D’altra parte, se le forze di solvatazione sono molto più forti delle forze elettrostatiche del composto, la dissoluzione è significativamente esotermica e il composto può essere altamente solubile.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process.