Solubilità ed Elettrolisi: Concetti Fondamentali di Chimica
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Solubilità: Principi e Fattori Chiave
La solubilità di un soluto in un dato solvente, a una determinata temperatura, è la sua concentrazione massima in una soluzione satura.
Fattori che Influenzano la Solubilità di un Sale
- Temperatura: In generale, all'aumentare della temperatura, aumenta anche la solubilità.
- Entropia: Per sostanze molto solubili, l'entropia (disordine) del sistema aumenta notevolmente, e viceversa.
- Dimensione dello ione: Maggiore è la differenza di dimensione tra gli ioni, più il sale è solubile.
- Densità di carica (rapporto tra la carica e la dimensione dello ione): Minore è la densità di carica, maggiore è la solubilità, poiché le molecole del solvente possono rompere più facilmente il legame elettrostatico tra gli ioni del composto.
Fattori che Influenzano l'Equilibrio di Solubilità
- Effetto dello ione comune: La presenza di uno ione in comune con il sale poco solubile ne diminuisce la solubilità.
- Effetto sale (o effetto ione non comune): La presenza di ioni non comuni aumenta la forza ionica della soluzione, riducendo l'attività (concentrazione effettiva) degli ioni del precipitato e aumentandone la solubilità.
- pH e solubilità: Il pH della soluzione influenza la solubilità di un sale se il suo anione è lo ione OH⁻ o la base coniugata di un acido debole.
Elettrolisi: Processi e Applicazioni
L'elettrolisi è un processo che utilizza energia elettrica per guidare una reazione redox non spontanea.
Esempi di Elettrolisi
- NaCl fuso:
- Anodo: 2Cl⁻ → Cl₂(g) + 2e⁻
- Catodo: 2Na⁺ + 2e⁻ → 2Na(s)
- Soluzione acquosa di NaCl (la reazione all'anodo è cineticamente più favorevole):
- Anodo: 2Cl⁻ → Cl₂(g) + 2e⁻
- Catodo: 2H₂O + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻
- Soluzione acquosa di H₂SO₄:
- Anodo: 2H₂O → O₂(g) + 4H⁺ + 4e⁻
- Catodo: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g)
- Soluzione acquosa di Na₂SO₄:
- Anodo: 2H₂O → O₂(g) + 4H⁺ + 4e⁻
- Catodo: 2H₂O + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻
Specie Attive e Inattive nell'Elettrolisi
Specie Attive
- All'anodo (Ossidazione): H₂O/O₂, Cl⁻/Cl₂, OH⁻/O₂
- Al catodo (Riduzione): H₂O/H₂, H⁺/H₂, ioni di metalli situati nel centro-destra della tavola periodica.
Specie Inattive
- All'ossidazione: SO₄²⁻, NO₃⁻
- Alla riduzione: SO₄²⁻, NO₃⁻, ioni di metalli situati nel centro-sinistra della tavola periodica.
Galvanotecnica
La galvanotecnica è un processo che permette di ricoprire un metallo con un sottile strato di un altro metallo (più prezioso o resistente alla corrosione) attraverso la deposizione elettrolitica da una soluzione contenente i suoi ioni.
Tabella di Solubilità dei Sali
| Anione | Cationi che formano Sali Insolubili | Solubilità degli altri Sali |
|---|---|---|
| NO₃⁻, ClO₃⁻, CH₃COO⁻ | Quasi nessuno | La maggior parte sono solubili |
| Cl⁻, Br⁻, I⁻ | Ag⁺, Cu⁺, Hg₂²⁺, Tl⁺, Pb²⁺ | Solubili |
| SO₄²⁻ | Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ | Solubili |
| S²⁻ | Tutti tranne metalli alcalini, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, NH₄⁺ | Insolubili |
| OH⁻ | Tutti tranne metalli alcalini, Sr²⁺, Ba²⁺, NH₄⁺ | Insolubili |
| CO₃²⁻, PO₄³⁻ | Tutti tranne metalli alcalini, H⁺, NH₄⁺ | Insolubili |
Nota: Tutti i sali dei metalli alcalini (Gruppo 1), di H⁺ e di NH₄⁺ sono considerati solubili.