La solvatazione da un nuovo punto di vista

Come mai quando aggiungiamo il sale da cucina (cloruro di sodio, NaCl) all’acqua questo improvvisamente “scompare”? Cosa succede quando un soluto (come il cloruro di sodio) si scioglie in un solvente (come l’acqua)?

Il processo che avviene si chiama solvatazione e consiste nell’interazione delle particelle che costituiscono il soluto con le molecole di solvente con cui si trova a contatto. Le particelle del soluto si ritrovano circondate da un certo numero di molecole di solvente, che interagiscono con questo tramite forze di natura elettrostatica. (continua dopo la vignetta)

 

 

Prendiamo, per semplicità, proprio il caso di NaCl. Il cloruro di sodio è formato da due ioni, cioè da due specie cariche: lo ione sodio, piccolo e positivo, e lo ione cloruro, più grande e carico negativamente. Gli ioni positivi, come Na+ in questo caso, si chiamano cationi, mentre quelli negativi, come il cloruro Cl, si chiamano anioni.

Allo stato solido cationi e anioni si attraggono tra di loro, come succede sempre quando due cariche di segno opposto sono vicine, e formano una struttura ordinata in cui ogni sodio è circondato da sei cloruri e ogni cloruro da sei ioni sodio. Questo è ciò che osserveremmo con un microscopio potentissimo se osservassimo un cristallo di sale da cucina.

Nel momento in cui mettiamo il sale in acqua tutto cambia. L’acqua (H2O) è formata da due idrogeni legati ad un ossigeno, ad un angolo di circa 104°. Mentre nel caso del cloruro di sodio le due particelle erano elettricamente cariche, nel caso dell’acqua le cariche presenti su ossigeno e idrogeno sono solo parziali. L’ossigeno è debolmente carico negativamente mentre l’idrogeno è leggermente positivo. Questo perché la forza con cui l’ossigeno attrae gli elettroni del legame con l’idrogeno (cioè la sua elettronegatività) è maggiore rispetto la forza che esercita l’idrogeno. Sebbene quindi la situazione non sia completamente sbilanciata come nel caso di NaCl, gli elettroni sono comunque più spostati verso l’ossigeno.

Quando mettiamo il sale in acqua, la carica positiva del sodio attrae immediatamente sei molecole di acqua, che lo circondano formando una struttura ottaedrica con l’ossigeno disposto verso il sodio. Quattro molecole di acqua circondano il sodio sul piano, una si dispone superiormente e una inferiormente. In questo modo il legame tra sodio e cloruro viene meno e ogni particella si muove indipendentemente in soluzione portandosi dietro le sue molecole di acqua (che costituiscono quello che si chiama il guscio primario di idratazione).

Mentre però il sodio è circondato da sei molecole di acqua tutte per sé, il cloruro rimane in disparte un po’ ignorato. Gli idrogeni positivi delle molecole vicine si dispongono con un solo idrogeno diretto verso Cl, ma è comunque una attrazione molto più piccola rispetto quella del sodio. In pratica, l’acqua non si cura del cloruro più di tanto. Questo è dovuto al fatto che essendo lo ione cloruro abbastanza grande la carica negativa è dispersa su una superficie più ampia ed è quindi come se fosse meno “concentrata”.

Ovviamente questa trattazione è necessariamente semplificata, per i chimici in ascolto qui però c’è un utile approfondimento: Hydration of Sodium, Potassium, and Chloride Ions in Solution and the Concept of Structure Maker/Breaker, J. Phys. Chem. B, 2007111 (48), pp 13570–13577

 

p.s. le mosche che ronzano attorno a Acqua e a Cloruro sono i doppietti solitari, cioè coppie di elettroni non utilizzate per formare legami covalenti 🙂

Informazioni su Giuseppe Alonci 81 Articoli
Chimico e appassionato di divulgazione scientifica. Sono un dottorando all'Università di Strasburgo, dove mi occupo di chimica dei materiali applicati alla biomedicina. Scrivo articoli divulgativi per diverse realtà web e gestisco il canale youtube "La Chimica per Tutti".
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