La soluzione è una miscela omogenea di due o più componenti:
- il solvente, che è il componente in quantità maggiore (o quello che ha la stessa fase della soluzione finale);
- il soluto, presente in quantità minore.
Miscibilità
Si chiama miscibilità la proprietà di due liquidi di sciogliersi uno nell'altro.
Per potersi sciogliere il soluto deve avere affinità con il solvente, infatti, «il simile scioglie il suo simile»: un soluto polare si scioglie in un solvente polare, mentre un soluto non polare si scioglie in un soluto non polare.
Alcuni liquidi sono completamente miscibili a tutte le proporzioni, come ad esempio l'etanolo in acqua (entrambi polari) o il benzene con l'olio (entrambi apolari), altri solo in parte, come l'acqua e l'etere e altri ancora sono completamente immiscibili, come l'acqua nell'olio.
Solubilità
Si definisce solubilità la quantità di soluto che può essere sciolta nel solvente ad una determinata temperatura.
La solubilità dipende:
- dalla natura del solvente;
- dalla natura del soluto;
- dalla temperatura;
- dalla pressione (nei gas).
Non si può sciogliere una sostanza all'infinito: superato un certo limite, quando la soluzione è satura, il soluto in eccesso precipita come corpo di fondo.
Raffreddando la soluzione si ha la deposizione del soluto, anche se a volte può rimanere in soluzione (soluzione soprasatura) per un certo periodo, finché non si inserisce un germe cristallino che provoca l'immediata deposizione del soluto in eccesso.
La concentrazione
Di una soluzione, oltre a conoscere la natura dei suoi componenti è importante conoscere il rapporto delle loro quantità.
Riferendosi ad una soluzione, i termini diluita e concentrata sono solo qualitativi e quindi poco significativi. Per tale motivo si è sentita l'esigenza di determinare il rapporto delle quantità dei componenti di una soluzione mediante criteri strettamente quantitativi esprimendo tale valore in termini di concentrazione o titolo di una soluzione.
La concentrazione o titolo di una soluzione indica la quantità di soluto presente in una determinata quantità di soluzione o, in alcuni casi, di solvente.
Diversi metodi vengono utilizzati per esprimere la concentrazione di una soluzione. Essi si distinguono in: unità fisiche e unità chimiche.
Unità fisiche
Le unità fisiche esprimono la concentrazione di una soluzione utilizzando unicamente grandezze fisiche (massa e volume).
Le unità fisiche sono le seguenti:
- percentuale in massa
La concentrazione percentuale massa/massa (% m/m) di una soluzione o impropriamente peso/peso (% p/p), corrisponde ai grammi di soluto sciolti in 100 grammi di soluzione.
Formula per il calcolo della composizione percentuale in massa
Operativamente la composizione percentuale in massa è data dal rapporto fra le masse in grammi del soluto e della soluzione, moltiplicato per 100:
- percentuale in volume;
La concentrazione percentuale volume/volume (% v/v) di una soluzione corrisponde ai millilitri (mL) di soluto sciolti in 100 millilitri di soluzione.
Formula per il calcolo della composizione percentuale in volume
Operativamente la composizione percentuale in volume è data dal rapporto fra i volumi in mL del soluto e della soluzione, moltiplicato per 100:
La percentuale in volume è una unità poco significativa e in pratica poco usata. L'unico campo in cui è rimasto l'uso della percentuale in volume è quello delle bevande alcoliche; essa esprime i cc di alcol etilico contenuti in 100 cc di soluzione. Tale percentuale viene indicata come grado alcolico e data in gradi.
Se un vino riporta una gradazione alcolica di 12°, significa che ha una concentrazione percentuale in volume pari al 12%. Ciò significa che 100 cc di vino contengono disciolti 12 cc di etanolo (alcool etilico).
- percentuale massa su volume
La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v) di una soluzione corrisponde ai grammi di soluto sciolti in 100 millilitri (mL) di soluzione.
Formula per il calcolo della composizione percentuale massa su volume
Operativamente la composizione percentuale massa su volume è data dal rapporto fra la massa in grammi del soluto e il volume in mL della soluzione, moltiplicato per 100:
La candeggina (sbiancante per uso domestico) è, per esempio, una soluzione di ipoclorito di sodio, NaClO in acqua, al circa 10% m/v. Essa contiene dunque disciolti in 100 ml di soluzione 10 grammi di NaClO.
La concentrazione percentuale massa/volume (% m/v) moltiplicata per 10 fornisce i grammi di soluto presenti in 1 litro di soluzione, g/L:
Inoltre, si ricorda che è facile passare da %m/m a %m/v conoscendo la densità d della soluzione:
Unità chimiche
Le unità chimiche esprimono la concentrazione di una soluzione utilizzando anche grandezze chimiche (numero delle moli).
Le unità chimiche sono le seguenti:
- molarità
La molarità o concentrazione molare (M) di una soluzione esprime il numero di moli (n) di soluto contenute in 1 litro di soluzione.
Formula per il calcolo della molarità
Operativamente la molarità è data dal rapporto tra il numero di moli di soluto e il volume in litri della soluzione in cui sono disciolte:
dove:
ovvero:
Si consideri che, poichè il volume di un liquido varia con la temperatura, varia con questa anche il valore della molarità di una soluzione; nelle usuali operazioni a temperatura ambiente, se non occorre una precisione elevata nelle misure, non si tiene però conto di tali variazioni (che sono dell'ordine dello 0,1%).
Aggiungiamo che, nel caso di soluzioni acquose molto diluite, essendo 1000 g H2O = 1 L di H2O i valori della molarità e della molalità praticamente coincidono.
- molalità;
La molalità (m) di una soluzione esprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente puro.
Formula per il calcolo della molalità
Operativamente la molalità è data dal rapporto tra il numero di moli di soluto e la massa in Kg del solvente in cui sono disciolte:
ovvero
Pertanto una soluzione 2,00 m di NaCl conterrà 2,00 mol di NaCl in 1Kg di acqua. Questo modo di esprimere la concentrazione si discosta dagli altri poichè fa riferimento alla quantità di solvente e non a quella di soluto.
A differenza di quanto succede con la molarità, il valore della molalità non dipende dalla temperatura.
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