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 ΔHsoluzione 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.
L'entalpia di soluzione ΔHsoluzione è data da:
ΔHsoluzione = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
Tale valore può essere uguale a zero se ΔH3= – (ΔH1 + ΔH2) e, essendo ΔH3 3 = ΔH1 + 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:
- ΔHsoluzione
- ΔHsoluzione > 0.
Se ΔHsoluzione ovvero ΔH3 > ΔH1 + ΔH2 si verifica che le forze di attrazione tra molecole diverse è maggiore rispetto a quella tra molecole uguali.
Se ΔHsoluzione > 0 ovvero ΔH31 + 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)
