Soluzioni chimiche: tipi, preparazione ed esempi

Le soluzioni chimiche sono quelle che sono conosciute come miscele omogenee in chimica. Sono miscele stabili di due o più sostanze in cui una sostanza (chiamata soluto) si dissolve in un'altra (chiamata solvente). Le soluzioni adottano la fase del solvente nella miscela e possono esistere in fasi solide, liquide e gassose.

In natura esistono due tipi di miscele: miscele eterogenee e miscele omogenee. Le miscele eterogenee sono quelle in cui non c'è uniformità nella loro composizione e le proporzioni delle loro componenti variano attraverso campioni di esse.

Al contrario, miscele omogenee (soluzioni chimiche) sono miscele di solidi, liquidi o gas - oltre alle possibili connessioni tra componenti che si trovano in fasi diverse - che hanno i loro componenti divisi in proporzioni uguali attraverso il loro contenuto.

I sistemi di miscelazione tendono a cercare l'omogeneità, ad esempio quando si aggiunge un colorante all'acqua. Questa miscela inizia ad essere eterogenea, ma il tempo farà sì che il primo composto si diffonda attraverso il liquido, rendendo questo sistema una miscela omogenea.

Le soluzioni e i loro componenti sono osservati nelle situazioni quotidiane e a livelli che variano da quelli industriali a quelli di laboratorio. Sono oggetti di studio a causa delle caratteristiche che presentano e delle forze e attrazioni che si verificano tra di loro.

tipo

Esistono diversi modi per classificare le soluzioni, a causa delle loro molteplici caratteristiche e dei loro possibili stati fisici; questo è il motivo per cui dovresti sapere quali sono le differenze tra i diversi tipi di soluzioni prima di separarle in categorie.

Uno dei modi per separare i tipi di soluzione è il livello di concentrazione che ha, chiamato anche la saturazione della soluzione.

Le soluzioni hanno una qualità chiamata solubilità, che è la quantità massima di soluto che può essere sciolta in una data quantità di solvente.

Esiste una classificazione delle soluzioni per concentrazione, che le divide in soluzioni empiriche e in soluzioni valutate.

Soluzioni empiriche

Questa classificazione, in cui le soluzioni sono anche chiamate soluzioni qualitative, non tiene conto della quantità specifica di soluto e solventi all'interno della soluzione, ma della sua proporzione. Per questo, le soluzioni vengono separate in diluito, concentrato, insaturo, saturo e supersaturo.

- Le soluzioni diluite sono quelle in cui la quantità di soluto nella miscela è ad un livello minimo rispetto al volume totale della stessa.

- Le soluzioni insature sono quelle che non raggiungono la massima quantità possibile di soluto per la temperatura e la pressione a cui sono state trovate.

- Le soluzioni concentrate hanno una notevole quantità di soluto per il volume che si è formato.

- Le soluzioni sature sono quelle che hanno la massima quantità possibile di soluto per una data temperatura e pressione; in queste soluzioni, il soluto e il solvente presentano uno stato di equilibrio.

- Le soluzioni sovrasaturate sono soluzioni sature che sono state riscaldate per aumentare la solubilità e sciogliere più soluto; viene quindi generata una soluzione "stabile" con eccesso di soluto. Questa stabilità si verifica solo fino a quando la temperatura non scende o la pressione cambia drasticamente, situazione in cui il soluto precipiterà in eccesso.

Soluzioni di valore

Le soluzioni valutate sono quelle in cui vengono misurate le quantità numeriche di soluti e solvente, osservando le soluzioni valutate come percentuale, molare, molare e normale, ciascuna con le sue serie di unità di misura.

- I valori percentuali parlano della proporzione in percentuale di grammi o millilitri di soluto in cento grammi o millilitri di soluzione totale.

- Le concentrazioni molari (o molarità) esprimono il numero di moli di soluto per litro di soluzione.

- La molecola, poco usata nella chimica moderna, è l'unità che esprime la quantità di moli di un soluto tra la massa totale di solvente in chilogrammi.

- Normalità è la misura che esprime il numero di soluti equivalenti tra il volume totale della soluzione in litri, dove gli equivalenti possono rappresentare gli ioni H + per acidi o OH- per basi.

Secondo il tuo stato di aggregazione

Le soluzioni possono anche essere classificate in base allo stato in cui si trovano, e questo dipenderà principalmente dalla fase in cui si trova il solvente (il componente presente nella maggiore quantità all'interno della miscela).

- Le soluzioni gassose sono di natura rara, classificate in letteratura come miscele di gas piuttosto che come soluzioni; si verificano in condizioni specifiche e con poca interazione tra le loro molecole, come nel caso dell'aria.

- I liquidi hanno un ampio spettro nel mondo delle soluzioni e rappresentano la maggior parte di queste miscele omogenee. I liquidi possono sciogliere facilmente gas, solidi e altri liquidi e si trovano in tutti i tipi di situazioni quotidiane, in modo naturale e sintetico.

Ci sono anche miscele liquide che sono spesso confuse con soluzioni, come emulsioni, colloidi e sospensioni, che sono più eterogenee che omogenee.

- I gas nel liquido si osservano principalmente in situazioni come l'ossigeno nell'acqua e il biossido di carbonio nelle bevande gassate.

- Le soluzioni liquido-liquido possono essere presentate come componenti polari che si dissolvono liberamente nell'acqua (come etanolo, acido acetico e acetone) o quando un fluido non polare si dissolve in un altro con caratteristiche simili.

- Infine, i solidi hanno una vasta gamma di solubilità nei liquidi, come i sali nell'acqua e le cere negli idrocarburi, tra gli altri. Le soluzioni solide sono formate da un solvente in fase solida e possono essere osservate come mezzi per dissolvere gas, liquidi e altri solidi.

I gas possono essere immagazzinati all'interno di solidi, come l'idrogeno in idruro di magnesio; i liquidi nei solidi possono essere trovati come acqua nello zucchero (un solido bagnato) o come mercurio in oro (un amalgama); e le soluzioni solide-solide sono rappresentate come leghe e solidi composti, come polimeri con additivi.

preparazione

La prima cosa che deve essere conosciuta quando si sta preparando la soluzione è il tipo di dissoluzione che verrà formulato; cioè, devi sapere se una diluizione sarà fatta o preparare una soluzione dalla miscela di due o più sostanze.

Un'altra cosa che dovrebbe essere conosciuta è quali sono i valori noti di concentrazione e volume o massa, a seconda dello stato di aggregazione del soluto.

Per preparare soluzioni standard

Prima di iniziare qualsiasi preparazione, è necessario assicurarsi che gli strumenti di misurazione (bilance, cilindri, pipette, burette, tra gli altri) siano calibrati.

Quindi, iniziare a misurare la quantità di soluto in termini di massa o volume, prestando molta attenzione a non versare o sprecare alcuna quantità, poiché ciò influirebbe sulla concentrazione finale della soluzione. Questo dovrebbe essere introdotto nel pallone da utilizzare, preparando ora per la fase successiva.

Successivamente, il solvente da utilizzare viene aggiunto a questo soluto, assicurandosi che il contenuto della beuta raggiunga la capacità di misurazione della stessa.

Questo pallone è tappato e agitato, avendo cura di invertirlo per garantire una miscelazione e una dissoluzione efficaci. In questo modo si ottiene la soluzione, che può essere utilizzata in esperimenti futuri.

Preparare una diluizione di concentrazione nota

Per diluire una soluzione e abbassarne la concentrazione, viene aggiunto più solvente in un processo chiamato diluizione.

Attraverso l'equazione M ₁ V ₁ = M ₂ V ₂, dove M simboleggia la concentrazione molare e V il volume totale (prima e dopo la diluizione), la nuova concentrazione può essere calcolata dopo aver diluito una concentrazione, o il volume richiesto per raggiungere la concentrazione desiderata.

Quando si preparano le diluizioni, la soluzione madre viene sempre portata in un nuovo pallone più grande e il solvente viene aggiunto ad esso, assicurandosi di raggiungere la linea di misurazione per garantire il volume desiderato.

Se il processo è esotermico e presenta quindi rischi per la sicurezza, è meglio invertire il processo e aggiungere la soluzione concentrata al solvente per evitare spruzzi.

Esempi

Come accennato in precedenza, le soluzioni arrivano in diversi stati di aggregazione, a seconda dello stato in cui si trovano il soluto e il solvente. Di seguito sono riportati esempi di queste miscele:

- L'esano in paraffina è un esempio di soluzione solido-liquido.

- L'idrogeno in palladio è una soluzione solido-gas.

- L'etanolo nell'acqua è una soluzione liquido-liquido.

- Il sale comune in acqua è una soluzione solido-liquido.

- L'acciaio, composto da atomi di carbonio in una matrice cristallina di atomi di ferro, è un esempio di soluzione solido-solido.

- L'acqua di carbonio è una soluzione gas-liquido.