Una soluzione è un miscuglio omogeneo in cui una sostanza si scioglie in un'altra in modo uniforme. La sua composizione non è descritta da un solo numero, ma da un insieme di numeri che indicano quanto soluto, quanto solvente, a quale temperatura e con quale concentrazione.
Cosa significa "sciogliere"
Quando mescoli zucchero in un bicchiere d'acqua e dopo qualche minuto i granelli scompaiono, stai osservando il fenomeno della dissoluzione. Lo zucchero non è sparito davvero: le sue particelle, piccolissime e invisibili a occhio nudo, si sono distribuite in modo uniforme tra le molecole d'acqua. Il risultato è un liquido trasparente dove non riesci più a distinguere le due sostanze, neppure con una lente d'ingrandimento. Questo è ciò che gli scienziati chiamano miscuglio omogeneo, perché ogni goccia ha la stessa composizione di tutte le altre. Pensa anche al sale che usi per cucinare la pasta: si scioglie nell'acqua bollente e rende il liquido salato in ogni punto della pentola. Diverso è invece mescolare sabbia e acqua, perché la sabbia rimane visibile sul fondo e forma un miscuglio eterogeneo, non una vera soluzione.
Soluto e solvente: i due protagonisti
Ogni soluzione è formata da almeno due componenti che hanno nomi e ruoli precisi. Il soluto è la sostanza presente in quantità minore, quella che si scioglie e quasi scompare alla vista. Il solvente, invece, è la sostanza presente in quantità maggiore e svolge il compito di accogliere le particelle del soluto al proprio interno. Nell'acqua zuccherata del tè, lo zucchero è il soluto perché ne metti pochi grammi, mentre l'acqua è il solvente perché ne usi centinaia di millilitri. Anche nello sciroppo per la tosse il principio attivo è il soluto, mentre l'acqua o un altro liquido fa da solvente. Quando il solvente è l'acqua, parliamo di soluzioni acquose, che sono le più comuni nella vita di tutti i giorni e nel nostro stesso corpo.
Non solo liquidi: i tanti tipi di soluzioni
Molti pensano che le soluzioni siano sempre liquide, ma in realtà possono presentarsi in tutti e tre gli stati della materia. Esistono soluzioni solide, come le leghe metalliche: l'ottone, per esempio, è una soluzione di rame e zinco usata per fabbricare maniglie e strumenti musicali. Esistono soluzioni gassose, come l'aria che respiriamo, formata principalmente da azoto in cui sono sciolti ossigeno, anidride carbonica e altri gas in piccole quantità. Le soluzioni liquide sono le più familiari: l'acqua minerale gassata è un liquido con anidride carbonica disciolta, mentre l'aceto contiene acido acetico sciolto in acqua. Anche il mare è una grande soluzione, dove tantissimi sali diversi sono distribuiti in un enorme volume d'acqua. Capire che una soluzione può avere forme così diverse aiuta a riconoscerla anche dove non te lo aspetteresti.
La concentrazione: un insieme di numeri
Per descrivere bene una soluzione non basta dire che lo zucchero è sciolto nell'acqua, ma serve indicare anche quanto soluto c'è rispetto al solvente. Questa informazione si chiama concentrazione ed è un numero che cambia ogni volta che modifichi la ricetta. Una tazza di tè con un solo cucchiaino di zucchero ha una concentrazione bassa, mentre la stessa tazza con quattro cucchiaini avrà una concentrazione molto più alta e un sapore decisamente più dolce. La concentrazione si può esprimere in modi diversi, per esempio grammi di soluto in cento grammi di soluzione, oppure grammi di soluto in un litro di solvente. Proprio per questo la soluzione non è descritta da un solo numero: ne servono almeno due, uno per il soluto e uno per il solvente, oltre alla temperatura. L'insieme di questi valori ti dice esattamente con quale soluzione hai a che fare e quali proprietà aspettarti.
Soluzioni diluite, concentrate e sature
A seconda della quantità di soluto presente, le soluzioni vengono classificate in tre grandi famiglie facili da riconoscere. Una soluzione si dice diluita quando contiene poco soluto rispetto al solvente, come un succo di frutta allungato con molta acqua per dissetarsi d'estate. Si dice invece concentrata quando il soluto è presente in quantità elevata, come uno sciroppo denso che spesso va diluito prima di essere bevuto. Esiste poi un limite oltre il quale il solvente non riesce più a sciogliere altro soluto, e la soluzione si definisce satura. Se continui ad aggiungere sale in un bicchiere d'acqua, a un certo punto i nuovi granelli resteranno sul fondo senza sciogliersi, perché l'acqua ha raggiunto il suo limite. La quantità massima di soluto che un solvente può accogliere a una certa temperatura si chiama solubilità.
Cosa influenza la solubilità
La solubilità non è un valore fisso e immutabile, ma dipende da diversi fattori che è utile conoscere per spiegare ciò che osservi ogni giorno. Il primo fattore è la temperatura: quasi tutti i solidi si sciolgono meglio nei liquidi caldi, ed è per questo che lo zucchero si scioglie più in fretta nel caffè bollente che nell'acqua fredda di un thermos. I gas, invece, si comportano al contrario e si sciolgono meglio nei liquidi freddi, motivo per cui una bottiglia di acqua frizzante perde le bollicine quando si scalda al sole. Anche il tipo di soluto e di solvente conta molto, perché non tutte le sostanze sono compatibili tra loro: l'olio, per esempio, non si scioglie in acqua e galleggia formando uno strato distinto. Infine, mescolare e ridurre il soluto in pezzi piccoli accelera la dissoluzione, anche se non aumenta la quantità totale che può sciogliersi.
Come separare i componenti di una soluzione
Una soluzione sembra inseparabile a occhio nudo, ma esistono tecniche di laboratorio per ricavare nuovamente soluto e solvente in forma pura. L'evaporazione consiste nel riscaldare lentamente la soluzione fino a far passare il solvente allo stato di vapore, lasciando il soluto solido sul fondo del recipiente. Le saline, dove si raccoglie il sale marino, sfruttano esattamente questo principio usando il calore del sole per far evaporare l'acqua. La distillazione, invece, raccoglie anche il vapore del solvente e lo fa condensare in un altro recipiente, permettendo di ottenere entrambi i componenti puri. Questa tecnica si usa per ricavare acqua distillata da usare nei ferri da stiro o nelle batterie delle auto. Conoscere questi metodi ti fa capire che dissoluzione e separazione sono due facce della stessa medaglia, governate da semplici cambiamenti di stato.
Ricorda
- Una soluzione è un miscuglio omogeneo formato da soluto (in quantità minore) e solvente (in quantità maggiore).
- Le soluzioni possono essere solide, liquide o gassose, non solo acquose.
- La concentrazione esprime quanto soluto è presente rispetto al solvente e si misura con vari rapporti numerici.
- Le soluzioni si dicono diluite, concentrate o sature in base alla quantità di soluto rispetto al limite di solubilità.
- La solubilità dipende da temperatura, natura delle sostanze, agitazione e dimensione dei pezzi di soluto.
- Evaporazione e distillazione permettono di separare i componenti di una soluzione liquida.
Piccolo esercizio di verifica: sul quaderno, immagina di preparare una limonata mettendo 20 grammi di zucchero in 200 grammi di acqua con qualche goccia di limone. Scrivi quale sostanza fa da soluto, quale da solvente, di che tipo di miscuglio si tratta e calcola quanti grammi di zucchero ci sono in 100 grammi di acqua. Infine spiega in tre righe cosa succederebbe se continuassi ad aggiungere zucchero senza più mescolare né scaldare.