Entalpia di soluzione

L’entalpia di soluzione è la quantità di calore che è emesso o assorbito a pressione costante nel processo di dissoluzione. L’entalpia di soluzione, indicata con ΔH_soluzione  può essere quindi positiva nel caso di reazioni endotermiche e negativa nel caso di reazioni esotermiche. Una soluzione è una miscela omogenea costituita da due o più specie che presenta proprietà chimico-fisiche costanti in ogni punto.

Una soluzione si può presentare in uno qualsiasi degli stati di aggregazione della materia.

Vi sono infatti soluzioni

• gassose costituite da due o più gas come l’aria
• liquide in cui un soluto che può essere sia solido che liquido o gassoso  è disciolto in un liquido
• solide costituite da due o più solidi come ad esempio le leghe metalliche.

Per comprendere l’entalpia di soluzione si possono considerare i tre processi che avvengono: chiamiamo A il soluto e B il solvente.

Processi

Nel  primo processo in cui le molecole di soluto si separano si ha una variazione di ΔH maggiore di zero in quanto è necessaria energia affinché esso avvenga ed infatti è di tipo endotermico quindi ΔH₁ > 0.

Nel secondo processo, analogo al primo, le molecole del solvente B hanno bisogno di energia affinché si rompano i legami intermolecolari e pertanto, anche in questo caso ΔH₂ > 0.

Nel terzo processo, le molecole di soluto e quelle di solvente si mescolano per formare la soluzione; tale processo è di tipo esotermico in quanto viene rilasciata energia quando le due sostanze si mescolano e quindi ΔH₃ < 0.

L’entalpia di soluzione ΔH_soluzione è data da:

ΔH_soluzione = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃

Tale valore può essere uguale a zero se ΔH₃= – (ΔH₁ + ΔH₂) e, essendo ΔH₃ < 0 ciò implica che ΔH₃ = ΔH_{1 +} ΔH₂; in tal caso si tratta di una soluzione ideale cioè una soluzione in cui fra le molecole dei singoli componenti non esiste alcuna interazione.

Soluzioni non ideali

Nel caso di soluzioni non ideali, ovvero in quelle soluzioni in cui fra le molecole esistono forze di attrazione più o meno intense si può verificare:

•  ΔH_soluzione < 0
• ΔH_soluzione > 0.

Se ΔH_soluzione < 0 ovvero ΔH₃ > ΔH₁ + ΔH₂ si verifica che le forze di attrazione tra molecole diverse è maggiore rispetto a quella tra molecole uguali.

Se ΔH_soluzione > 0 ovvero ΔH₃ < ΔH₁ + ΔH₂ si verifica che le forze di attrazione tra molecole uguali è maggiore rispetto a quella tra molecole diverse.

Una soluzione si forma quando la variazione dell’energia libera di  Gibbs è minore di zero e pertanto oltre che la variazione di entalpia di soluzione bisognerà tenere conto della variazione di entropia e della temperatura.

Consideriamo ad esempio la dissoluzione di un sale come NaCl. Il cloruro di sodio, allo stato solido, è costituito da ioni positivi Na⁺ e da ioni negativi Cl^– che danno luogo a un legame ionico dovuto all’attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta. L’acqua è un molecola dipolare in cui l’ossigeno ha una parziale carica negativa e l’idrogeno una parziale carica positiva. Quando il cloruro di sodio viene messo in acqua si rompe il legame ionico:  gli ioni sodio vengono attratti dall’ossigeno presente nell’acqua e gli ioni cloruro dall’idrogeno e il legame tra Na⁺ e Cl^– viene rotto.

La reazione può essere schematizzata:

NaCl_(s) → Na⁺_(aq) + Cl^–_(aq)