V.3. Solubilitatea. Factorii care influențează solubilitatea.

Solubilitatea este proprietatea unei substanțe de a se dizolva într-o anumită cantitate de solvent.

Solubilitatea reprezintă cantitatea maximă de solvat care se dizolvă în 100 g de solvent, la o temperatură dată.

Solubilitatea depinde atât de natura dizolvantului, cât și de natura dizolvatului.

Clasificarea substanțelor după solubilitatea în apă:

a) Substanțe ușor solubile care au solubilitatea > 10g, de exemplu: piatra vânătă, sarea, zahărul.

b) Substanțe greu solubile care au solubilitatea < 10g, dar > 0,01g, de exemplu: carbonatul de magneziu, varul stins, oxigenul, iodul.

c) Substanțe insolubile au solubilitatea < 0,01g, de exemplu: metalele, sulful, cărbunele, clorura de argint, sulfat de bariu, carbonatul de calciu, sulfura de plumb, uleiul, plasticul etc.

👀 Experiment: Solubilitatea substanțelor

Materiale necesare:
3 eprubete, apă, sare, ulei, hidroxid de calciu.

Descrierea experimentului:

• Pune în cele 3 eprubete aceeași cantitate de apă și adaugă în fiecare aceeași cantitate de sare, în a doua ulei și în a treia hidroxid de calciu.
• Agită-le.
• Ce observi?

  Sarea s-a dizolvat ușor, uleiul nu s-a dizolvat (adică este insolubil în apă) și hidroxidul de calciu s-a dizolvat parțial (mai greu).

Concluzia experimentului:
Unele substanțe se dizolvă ușor în apă (sarea), altele nu se dizolvă deloc (uleiul) și mai există substanțe care se dizolvă mai greu (hidroxidul de calciu).

Clasificarea soluțiilor după masa de substanță dizolvată:

I. Soluții nesaturate

• diluate: conțin o masă mică de dizolvat.
• concentrate:conțin o masă mare de dizolvat.

II. Soluții saturate: conțin masa maximă de dizolvat la o temperatură dată, fiind egală cu solubilitatea substanței respective.

III. Soluții suprasaturate: conțin mai multă cantitate de dizolvat decât solubilitatea acestuia la temperatura dată.

Factorii care influențează solubilitatea substanțelor:

1. Natura solutului şi a solventului:

• Substanțele ionice (ex. NaCl, CuSO₄) și cele cu molecule polare (alcool etilic, hidracizi) se dizolvă în solvenți cu molecule polare, numiți solvenți polari (ex. apa).
• Substanțele cu molecule nepolare (ex. iod, ulei) se dizolvă în solvenți cu molecule nepolare, numiți solvenți nepolari (ex. tetraclorura de carbon - CCl₄, sulfura de carbon - CS₂, benzen - C₆H₆ etc.)

Observații:

a) Solvații se dizolvă în solvenți cu structură asemănătoare.
b) Când două lichide se dizolvă unul în celălalt spunem că sunt miscibile (ex. apă + alcool etilic), iar dacă nu se dizolvă sunt nemiscibile (ex. apa + ulei, apă + mercur etc.).

👀 Experiment: Solvenții polari și nepolari

Solvenții (diluanții) sunt compușii chimici în care se pot dizolva substanțele chimice cu care sunt amestecate.

Solvenții polari au sarcini parțial „pozitive” și „negative” în diferite locuri din structurile lor deoarece conțin legături între atomi cu electronegativități foarte diferite (de exemplu, oxigenul și hidrogenul). Ei dizolvă cu ușurință alte substanțe polare (compuși ionici și molecule polare).

Polaritatea unui solvent este dată de valoarea constantei dielectrice. De exemplu, apa are o constantă dielectrică de 88 (la 0 °C). Solvenții cu o constantă dielectrică mai mică de 15 sunt în general considerați a fi nepolari.

Exemple de solvenți polari: apa, amoniacul, dioxidul de sulf, acidul fluorhidric, etanolul, metanolul, izopropanolul, acetona, acetonitril etc.

Solvenții nepolari conțin legături între atomi cu electronegativități similare, cum ar fi carbonul și hidrogenul (ca la hidrocarburi). Pot fi molecule care nu au grup polar (de exemplu, ciclohexan ) sau molecule care cuprind grupuri polare, dar a căror geometrie determină anularea momentului dipolar, ca în cazul tetraclorurii de carbon. Acești solvenți sunt puțin miscibili cu apa.

Exemple de solvenți nepolari: tetraclorură de carbon, cloroform, sulfură de carbon, dietil eter, hidrocarburi (n-pentan, ciclopentan, n-hexan, ciclohexan, benzen, toluen, xileni, cumeni) etc.

Materiale necesare:
Pahar Berzelius, apă, hârtie de filtru albă, diferiți coloranți (markere, pixuri colorate, cerneală etc.).

Descrierea experimentului:

• Pune puțină apă pe fundul unui pahar.
• Taie câteva fâșii de hârtie de filtru având lățimea de 1 cm și lungimea cât înălțimea paharului.
• Marchează puncte colorate pe hârtie folosind diferite instrumente de scris colorate, în așa fel încât acestea să se afle cam la 1 cm de nivelul apei în care hârtia va fi scufundată.
• Așază fâșiile de hârtie în apa din pahar și acoperă-l cu o sticlă de ceas.
• Ce observi ?

  Pe unele fâșii colorantul a urcat mai mult decât pe altele.

Concluzia experimentului:
Cu cât colorantul este mai solubil în apă, cu atât va migra mai sus pe hârtie.

Cromatografia este o tehnică de separare a componenților unui amestec bazat pe solubilitatea diferită a acestora într-un solvent.

Dacă o pată de culoare este alcătuită dintr-un amestec de coloranți, fiecare colorant va migra pe hârtia de filtru în funcție de polaritatea sa.

Coloranții cu polarități diferite vor avea solubilități diferite în apă și se vor regăsi în puncte diferite pe hârtie pe măsură ce solventul urcă pe suportul de hârtie.

Dacă colorantul este nepolar acesta nu va migra cu ajutorul unui solvent polar (cum este apa).

Factorii care influențează solubilitatea substanțelor:

2. Temperatura este un alt factor care influenţează solubilitatea substanţelor. În general cu creşterea temperaturii, creşte solubilitatea substanţelor solide şi lichide şi scade solubilitatea gazelor.

Observații:

a) Când dizolvăm la temperatura camerei (20°C) o masă de substanță egală cu solubilitatea ei, obținem o soluție saturată. Ca să dizolvăm o cantitate suplimentară de solvat, trebuie să încălzim soluția și obținem o soluție suprasaturată. Prin răcirea soluției suprasaturate are loc recristalizarea substanței.

b) Când bem sifon sau apă minerală carbogazoasă de la frigider simțim mai pregnant înțepăturile dioxidului de carbon, deoarece la temperatură mai mică gazul de dioxid de carbon este dizolvat în cantitate mai mare decât la temperatura camerei
c) În zilele caniculare scade solubilitatea oxigenului în apă și viața peștilor este în pericol.

3. Presiunea influențează solubilitatea gazelor. Cu creșterea presiunii, creşte solubilitatea substanţelor gazoase în solvenţii lichizi.

Observații:

Creșterea presiunii asupra solubilității gazelor își are aplicație la obținerea băuturilor carbogazoase.