Cosa sono le soluzioni acquose?
Le soluzioni acquose sono quelle soluzioni che usano l'acqua per scomporre una sostanza. Ad esempio, acqua di fango o zucchero.
Quando una specie chimica si è dissolta in acqua, questo è denotato dalla scrittura (aq) dopo il nome chimico (Reid, SF).
Sostanze idrofile (che amano l'acqua) e molti composti ionici si dissolvono o si dissociano in acqua.
Per esempio, quando il sale da tavola o il cloruro di sodio si scioglie in acqua, si dissocia nei suoi ioni per formare Na + (aq) e Cl- (aq).
Sostanze idrofobiche (che hanno paura dell'acqua) generalmente non si dissolvono in acqua o formano soluzioni acquose. Ad esempio, mescolando olio e acqua non si ottiene dissoluzione o dissociazione.
Molti composti organici sono idrofobi. I non elettroliti possono dissolversi in acqua, ma non si dissociano in ioni e mantengono la loro integrità come molecole.
Esempi di non elettroliti comprendono zucchero, glicerolo, urea e metilsulfonilmetano (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).
Proprietà delle soluzioni acquose
Solitamente le soluzioni acquose conducono elettricità. Le soluzioni contenenti elettroliti forti tendono ad essere buoni conduttori elettrici (ad es. Acqua di mare), mentre le soluzioni contenenti elettroliti deboli tendono a essere conduttori poveri (ad esempio, acqua di rubinetto).
La ragione è che elettroliti forti si dissociano completamente in ioni in acqua, mentre elettroliti deboli si dissociano in modo incompleto.
Quando si verificano reazioni chimiche tra le specie in una soluzione acquosa, le reazioni sono di solito reazioni a doppio spostamento (chiamate anche metatesi o doppie sostituzioni).
In questo tipo di reazione, il catione di un reagente prende il posto per il catione nell'altro reagente, formando tipicamente un legame ionico. Un altro modo di pensare è che gli ioni reattivi "cambiano partner".
Le reazioni in soluzione acquosa possono dare origine a prodotti che sono solubili in acqua o possono produrre un precipitato.
Un precipitato è un composto con una bassa solubilità che spesso cade al di fuori della soluzione come solido (soluzioni acquose, SF).
I termini acido, base e pH si applicano solo a soluzioni acquose. Ad esempio, puoi misurare il pH del succo di limone o dell'aceto (due soluzioni acquose) e sono acidi deboli, ma non puoi ottenere alcuna informazione significativa dal test dell'olio vegetale con carta pH (Anne Marie Helmenstine, Definizione acquosa, 2017).
Perché alcuni solidi si dissolvono nell'acqua?
Lo zucchero che usiamo per addolcire caffè o tè è un solido molecolare, in cui le singole molecole sono tenute insieme da forze intermolecolari relativamente deboli.
Quando lo zucchero si dissolve in acqua, i legami deboli tra le singole molecole di saccarosio si rompono e queste molecole di C12H22O11 vengono rilasciate nella soluzione.
L'energia è necessaria per rompere i legami tra le molecole di C12H22O11 in saccarosio. Ci vuole anche energia per rompere i legami idrogeno nell'acqua che devono essere interrotti per inserire una di queste molecole di saccarosio in soluzione.
Lo zucchero si dissolve in acqua perché l'energia viene rilasciata quando le molecole leggermente polari di saccarosio formano legami intermolecolari con molecole d'acqua polari.
I legami deboli che si formano tra il soluto e il solvente compensano l'energia necessaria per alterare la struttura del soluto puro e del solvente.
Nel caso dello zucchero e dell'acqua, questo processo funziona così bene che fino a 1.800 grammi di saccarosio possono essere sciolti in un litro d'acqua.
I solidi ionici (o sali) contengono ioni positivi e negativi, che sono tenuti insieme grazie alla grande forza di attrazione tra le particelle con cariche opposte.
Quando uno di questi solidi si dissolve in acqua, gli ioni che formano il solido vengono rilasciati in soluzione, dove sono associati a molecole di solvente polare (Berkey, 2011).
NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)
Di solito possiamo assumere che i sali si dissociano nei loro ioni quando si dissolvono in acqua.
I composti ionici si dissolvono in acqua se l'energia rilasciata quando gli ioni interagiscono con le molecole d'acqua compensa l'energia necessaria per rompere i legami ionici nel solido e l'energia necessaria per separare le molecole d'acqua in modo che gli ioni possano essere inseriti nell'acqua. la soluzione (Solubility, SF).
Regole di solubilità
A seconda della solubilità di un soluto, ci sono tre possibili risultati:
1) se la soluzione ha meno soluto della quantità massima che è in grado di dissolvere (la sua solubilità), è una soluzione diluita;
2) se la quantità di soluto è esattamente la stessa quantità della sua solubilità, è satura;
3) se c'è più soluto di quello che è in grado di dissolvere, il soluto in eccesso viene separato dalla soluzione.
Se questo processo di separazione include la cristallizzazione, forma un precipitato. La precipitazione riduce la concentrazione del soluto in saturazione al fine di aumentare la stabilità della soluzione.
Le seguenti sono le regole di solubilità per i solidi ionici comuni. Se due regole sembrano contraddirsi l'una con l'altra, il precedente ha la priorità (Antoinette Mursa, 2017).
1- I sali contenenti elementi del gruppo I (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) sono solubili. Ci sono alcune eccezioni a questa regola. Anche i sali contenenti lo ione ammonio (NH 4 +) sono solubili.
2- I sali contenenti nitrato (NO 3 -) sono generalmente solubili.
3- I sali contenenti Cl -, Br - o I - sono generalmente solubili. Le importanti eccezioni a questa regola sono i sali di alogenuro di Ag +, Pb2 + e (Hg2) 2+. Pertanto, AgCl, PbBr 2 e Hg 2 Cl 2 sono insolubili.
4- La maggior parte dei sali d'argento sono insolubili. AgNO 3 e Ag (C 2 H 3 O 2 ) sono sali solubili comuni di argento; Praticamente tutti gli altri sono insolubili.
5- La maggior parte dei sali solfatici sono solubili. Importanti eccezioni a questa regola includono CaSO 4, BaSO 4, PbSO 4, Ag 2 SO4 e SrSO 4 .
6- La maggior parte dei sali di idrossido sono solo leggermente solubili. I sali idrossidi degli elementi del gruppo I sono solubili. I sali di idrossido degli elementi del gruppo II (Ca, Sr e Ba) sono leggermente solubili.
I sali di idrossido di metallo di transizione e Al 3 + sono insolubili. Pertanto, Fe (OH) 3, Al (OH) 3, Co (OH) 2 non sono solubili.
7- La maggior parte dei solfuri di metalli di transizione sono altamente insolubili, inclusi CdS, FeS, ZnS e Ag 2 S. I solfuri di arsenico, antimonio, bismuto e piombo sono anche insolubili.
8- I carbonati sono spesso insolubili. I carbonati del gruppo II (CaCO 3, SrCO 3 e BaCO 3 ) sono insolubili, come lo sono FeCO 3 e PbCO 3 .
9- I cromati sono spesso insolubili. Gli esempi includono PbCrO 4 e BaCrO 4 .
10- I fosfati come Ca 3 (PO 4 ) 2 e Ag 3 PO 4 sono spesso insolubili.
11- I fluoruri come BaF 2, MgF 2 e PbF 2 sono spesso insolubili.
Esempi di solubilità in soluzioni acquose
Cola, acqua salata, pioggia, soluzioni acide, soluzioni di base e soluzioni saline sono esempi di soluzioni acquose.
Quando è disponibile una soluzione acquosa, un precipitato può essere indotto da reazioni di precipitazione (Reazioni in soluzione acquosa, SF).
Le reazioni di precipitazione sono a volte indicate come reazioni a "doppio spostamento". Per determinare se si formerà un precipitato quando si miscelano soluzioni acquose di due composti:
- Registra tutti gli ioni in soluzione.
- Combinali (catione e anione) per ottenere tutti i potenziali precipitati.
- Usa le regole della solubilità per determinare quale (eventuale) combinazione (i) è insolubile e precipiterà.
Esempio 1: Cosa succede quando Ba (NO 3 ) 2 (aq) e Na 2 CO 3 (aq) vengono miscelati?
Ioni presenti in soluzione: Ba2 +, NO 3 -, Na +, CO 3 2-
Potenziali precipitati: BaCO 3, NaNO3
Regole di solubilità: BaCO 3 è insolubile (regola 5), NaNO 3 è solubile (regola 1).
Equazione chimica completa:
Ba (NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) »BaCO 3 (s) + 2NaNO 3 (aq)
Equazione ionica netta:
Ba2 + (aq) + CO 3 2- (aq) »BaCO 3 (s)
Esempio 2: Cosa succede quando Pb (NO 3 ) 2 (aq) e NH 4 I (aq) vengono miscelati?
Ioni presenti in soluzione: Pb2 +, NO 3 -, NH 4 +, I-
Potenziali precipitati: PbI 2, NH 4 NO 3
Regole di solubilità: PbI 2 è insolubile (regola 3), NH 4 NO 3 è solubile (regola 1).
Equazione chimica completa: Pb (NO 3 ) 2 (aq) + 2NH 4 I (aq) »PbI 2 (s) + 2NH 4 NO 3 (aq)
Equazione ionica netta: Pb2 + (aq) + 2I- (aq) »PbI 2 (s).
