Lasolubilità (omiscibilità) è la capacità di una sostanza di sciogliersi in un'altra detta solvente. Inchimica, la solubilità di unsoluto in unsolvente, a determinate condizioni ditemperatura epressione, è la massima quantità di un soluto che in tali condizioni si scioglie in una data quantità di solvente, formando in tal modo un'unicafase con esso.[1] La solubilità di un certo soluto in un certo solvente dipende, oltre che dalle caratteristiche delle due sostanze, dalla temperatura e dalla pressione.
La solubilità in genere viene espressa come grammi di soluto disciolti in 100 grammi di solvente a una data temperatura.[2][3]
La solubilità si esprime come:
in cui e sono le concentrazioni attuale e a saturazione, e è lafrazione di sovrassaturazione.
Una soluzione si dice "satura" quando ha raggiunto la massima concentrazione di soluto che può contenere alle condizioni di equilibrio. Aggiungendo ulteriore soluto ad una soluzione satura, tale soluzione diventerà "sovrassatura", ma tale condizione non è di equilibrio, per cui l'eccesso di soluto tenderà a separarsi dalla soluzione costituendo una fase separata, in modo da riportare la soluzione alle condizioni di saturazione.
La solubilità deglialcoli inacqua (o altri solventi polari) varia in base alla lunghezza dellacatena di atomi di carbonio presenti. Ad esempio ilmetanolo (che contiene un solo atomo di carbonio) è molto solubile in acqua, mentre l'alcool propilico (che contiene tre atomi di carbonio) è meno solubile. La solubilità degli alcoli che contengono più di 6 atomi di carbonio è pressoché nulla, in quanto illegame idrogeno che si forma tra l'ossidrile (OH) dell'alcol e idipoli dell'acqua diventa sempre meno influente in presenza di lunghe catene di atomi di carbonio (che costituiscono la parte apolare della molecola).
Curva di saturazione al variare della temperatura: solubilità diretta e inversa.
Le curve di saturazione esprimono il valore della concentrazione del soluto in condizioni di saturazione al variare di un parametro, come la temperatura o la pressione. Se la solubilità cresce con la temperatura il sistema solvente-soluto è dettoa solubilità diretta, mentre se al crescere della temperatura la solubilità diminuisce, il sistema è dettoa solubilità inversa.
Le tabelle seguenti esemplificano l'andamento diretto e inverso della solubilità:[3]
Solubilità del cloruro di sodio in acqua (grammi di soluto in 100 grammi di acqua)
Temperatura (°C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Solubilità
35,7
35,8
36,0
36,3
36,6
37,0
37,3
37,8
38,4
39,0
39,8
Solubilità del diossido di zolfo in acqua (grammi di soluto in 100 cm³ di soluzione H2O-SO2, a P = 1 atm)
Temperatura (°C)
0
10
20
30
40
50
Solubilità
22,83
16,21
11,29
7,81
5,41
4,5
Si deduce che il cloruro di sodio[2] (solido) in acqua ha solubilità diretta, mentre il diossido di zolfo (gas) ha solubilità inversa. In generale in effetti le sostanze solide hanno solubilità diretta, mentre quelle gassose hanno solubilità inversa. Esistono però delle eccezioni: ad esempio ilcarbonato di litio (solido) inacqua ha solubilità inversa.
In generale l'aumento dipressione provoca un aumento della solubilità, anche se si tratta di un fenomeno apprezzabile solamente neigas. Fa parte dell'esperienza quotidiana l'influenza della pressione sulla solubilità dell'anidride carbonica nelle bevande gassate: fino a quando la bottiglia è sigillata la maggior pressione interna permette all'anidride di rimanere in soluzione, quando la bottiglia viene aperta la diminuzione di pressione comporta la rapida gassificazione dell'anidride disciolta con la conseguente formazione dellebollicine. La solubilità dei gas in acqua è ben descritta dallalegge di Henry. Si deve considerare però che soluzioni acquose di CO2, SO2 ed NH3, per quanto siano spesso indicate, non sono degli esempi ottimali in quanto si tratta di sistemi chimicamente reagenti, che quindi presentano degli andamenti anomali della solubilità.
Lasolubilità in fase solida è fondamentale per capire il comportamento di alcuneleghe. Alcuni materiali metallici (per esempioAu eCu o, entro certi limiti,Fe eCr) quando solidificano formano una solafase, in cui un elemento è indistinguibile dall'altro. In questo caso si dice che i due metalli formano unasoluzione solida. La solubilità degli elementi nella matrice cristallina dell'elemento base può essere totale (vedi i casi indicati sopra), in generale in questo caso si ha unalega di sostituzione, cioè gli atomi di un materiale sostituiscono quelli dell'altro nelreticolo cristallino, ne consegue che, per avere questo tipo di lega, i due materiali devono avere lo stesso reticolo cristallino.
In altri casi la solubilità non è totale, ma solo parziale: quando la percentuale del materiale soluto nella matrice del materiale solvente (per soluto si intende il materiale in percentuale atomica più bassa e solvente quello con percentuale atomica più alta) supera un certo valore, si forma una fase diversa formata solo dal soluto. Il caso più noto è quello delC nelFe (vedidiagramma ferro-carbonio), in cui il C è solubile nel Fe per un massimo di circa il 2% a 1150 °C, mentre a temperatura ambiente è praticamente insolubile. In genere questa solubilità formaleghe interstiziali, in cui gli atomi del soluto (che devono avere unraggio atomico molto più basso di quello del solvente) occupano gli spazi lasciati liberi dentro il reticolo dagli atomi di dimensioni maggiori. Naturalmente la presenza dicorpi estranei modifica sensibilmente iparametri reticolari.
