Persolvatazione inchimica si intende l'interazione trasoluto esolvente che porta le singole molecole di soluto disciolto a circondarsi di molecole di solvente.Una soluzione si differenzia infatti da una genericadispersione perché ilsoluto è disperso nelsolvente a livello delle singolemolecole oioni e quindi non si hanno due fasi. [La solvatazione è la terza fase, cioè quella finale, del processo didissoluzione (con cui si intende invece il processo globale di formazione di una soluzione). Quindi solvatazione e dissoluzione sono concetti diversi. In particolare, il processo di solvatazione è sempreesotermico, ma ciò non vale sempre per il processo globale di dissoluzione.] (le frasi comprese nelle parentesi quadre sono ancora da verificare).
Nel caso in cui il solvente responsabile della solvatazione sia acqua, si parla più precisamente diidratazione (da non confondere con l'omonimareazione di idratazione).
Mediante idratazione si può creare unidrato da cui è possibile ri-estrarre l'acqua. Quando invece l'idratazione avviene mediante unareazione chimica in cui l'acqua è chimicamente combinata a livellomolecolare con un'altra sostanza, l'acqua non può più essere separata dalla sostanzareagente.
L'idratazione può essere accompagnata dal fenomeno dell'idrolisi.
I solventipolari sono quelli i cui atomi portano dellecariche parziali, vi è cioè undipolo. L'acqua è il più comune solvente polare, altri solventi polari sono ilDMSO, l'acetonitrile o glialcoli. Sciogliendo unsale o una molecola polare in questi solventi, le molecole di solvente circondano il soluto in modo da orientare lacarica dell'uno verso la carica opposta dell'altro e da stabilizzare il sistema.
Le interazioni che si possono stabilire tra soluto e solvente sonolegame idrogeno,interazioni ione-dipolo odipolo-dipolo, oforze di Van der Waals.
Si dice nuvola di solvatazione l'insieme dimolecolesolventi attorno alle molecole delsoluto.
Si consideri comesoluto il sale da cucina (cloruro di sodio), disciolto inacqua (che funge dasolvente).
Lemolecole di acqua (H2O) sono formate da dueatomi diidrogeno e un atomo diossigeno: gli atomi di idrogeno tendono a respingere glielettroni (essendo più "elettropositivi" dell'ossigeno), mentre l'atomo di ossigeno tende ad attrarre gli elettroni (essendo più "elettronegativo"). Quindi la molecola di acqua presenta unacarica positiva (δ+) in corrispondenza degli atomi di idrogeno e una carica negativa (δ-) in corrispondenza dell'atomo di ossigeno (in altre parole è una molecola "polare").
Il cloruro di sodio (NaCl), allostatosolido, è invece formato da ioni disodio (Na+) e ioni dicloro (Cl-), in rapporto 1:1 e disposti in una particolarestruttura cristallina avente geometriacubica.
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Gli atomi di sodio e di cloro interagiscono attraversolegami ionici, per cui il cloruro di sodio è un solido ionico, e come tale va incontro adissociazione elettrolitica se è immerso in acqua (che è un solvente con elevatacostante dielettrica), generando ioni Na+ e ioni Cl-.
Tali ioni, essendo dotati di carica, interagiscono con idipoli molecolari costituiti dalle molecole dell'acqua. In particolare le molecole di acqua si dispongono intorno agli ioni in modo da presentare allo ione la loro parte dotata di carica opposta rispetto allo ione in questione. Così attorno allo ione Na+ le molecole di acqua si dispongono intorno con gli atomi di ossigeno rivolti allo ione centrale, mentre attorno allo ione Cl- le molecole di acqua si dispongono intorno con gli atomi di idrogeno rivolti allo ione centrale. Si ha così il fenomeno della solvatazione.
Solo una parte di molecole di solvente (in questo caso acqua) interagiscono con gli ioni. Tali molecole costituiscono quella che viene detta "sfera d'idratazione"; il resto delle molecole di solvente costituisce invece il "bulk" del fluido.
Il numero di molecole di solvente che circondano uno ione (soluto) e interagiscono con esso nel fenomeno della solvatazione viene dettonumero di solvatazione.[1]
Se il solvente è acqua, si parla più precisamente dinumero di idratazione.
Si definisce inoltrenumero di solvatazione primario il numero di molecole di solvente che rimangono solidali con lo ione centrale durante il moto dello ione centrale all'interno della soluzione.[1] Tali molecole corrispondono alla cosiddetta "sfera di solvatazione primaria".
La tabella seguente presenta alcuni valori tipici di numeri di idratazione per alcuni ioni:[2]
| Ione | Numero d'idratazione |
|---|---|
| Li+ | 5±1 |
| Na+ | 5±1 |
| K+ | 4±2 |
| F- | 4±1 |
| Cl- | 1±1 |
| Br- | 1±1 |
| I- | 1±1 |
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