Chimica fisica
Termodinamica, cinetica ed equilibri: i principi dietro i processi chimici.
In sintesi
- È la costante dell’equilibrio di dissoluzione di un sale poco solubile: il prodotto delle concentrazioni dei suoi ioni in soluzione satura, ciascuna elevata al proprio…
- Perché, come per ogni costante di equilibrio, l’attività di un solido puro è costante e vale 1.
- Solo a parità di stechiometria.
- No, solo per quelli poco solubili, dove si stabilisce un vero equilibrio tra solido e soluzione satura.
Nessun sale è davvero «insolubile»: anche quelli che chiamiamo così si sciolgono in minima parte, fino a un equilibrio tra il solido e i suoi ioni in soluzione. Il numero che misura questo equilibrio è il prodotto di solubilità Kps: dice quanto un sale poco solubile riesce a sciogliersi, e permette di prevedere quando precipiterà.
Vediamo che cos’è l’equilibrio di solubilità, come si scrive il Kps, che cosa indica il suo valore e perché vale solo per i sali poco solubili.
L’equilibrio tra solido e soluzione
Quando si mette un sale poco solubile in acqua, una piccola quantità si dissocia in ioni mentre il resto resta solido. Si raggiunge presto un equilibrio dinamico: gli ioni continuano a passare in soluzione e a ridepositarsi sul solido alla stessa velocità. La soluzione è allora satura: contiene la massima quantità di sale che può sciogliere a quella temperatura, in presenza del corpo di fondo solido.
Come si scrive il prodotto di solubilità
Per il generico sale poco solubile AaBb(s) ⇌ aA+ + bB−, il prodotto di solubilità è il prodotto delle concentrazioni degli ioni all’equilibrio, ciascuna elevata al proprio coefficiente:
Kps = [A+]a[B−]b
È un caso particolare di costante di equilibrio: come sempre, il solido puro non compare (la sua attività vale 1), quindi al numeratore restano solo gli ioni in soluzione e non c’è denominatore. Per il cloruro d’argento, AgCl ⇌ Ag+ + Cl−, si ha semplicemente Kps = [Ag+][Cl−].
Che cosa dice il valore del Kps
Più il Kps è piccolo, meno il sale si scioglie. Attenzione però: si possono confrontare direttamente i Kps per stimare la solubilità solo tra sali con la stessa stechiometria (per esempio due sali del tipo AB). Per sali con formule diverse il confronto va fatto sulla solubilità molare calcolata, non sul Kps nudo, come si vede nell’articolo dedicato al calcolo.
| Sale | Kps (25 °C) | Solubilità |
|---|---|---|
| AgCl | 1,8×10⁻¹⁰ | molto bassa |
| BaSO₄ | 1,1×10⁻¹⁰ | molto bassa |
| CaF₂ | 3,9×10⁻¹¹ | bassa |
| Mg(OH)₂ | 5,6×10⁻¹² | bassa |
| CaCO₃ | 3,3×10⁻⁹ | bassa |
A che cosa serve nella pratica
Il prodotto di solubilità è lo strumento per prevedere e controllare le precipitazioni: dire se un sale si formerà in una certa soluzione, calcolare quanto reagente serve per rimuovere uno ione, capire la formazione di incrostazioni (il calcare è carbonato di calcio), progettare separazioni analitiche per precipitazione e trattamenti delle acque. Ovunque uno ione debba essere tolto da una soluzione facendolo precipitare, il Kps è il numero di riferimento, e il primo dato che un tecnico va a cercare quando deve prevedere la formazione o la dissoluzione di un solido in un processo reale.
Solubile, poco solubile, insolubile: una scala continua
La distinzione netta tra sali «solubili» e «insolubili» che si impara all’inizio è una semplificazione comoda ma imprecisa. In realtà la solubilità è una scala continua: ogni sale si scioglie in qualche misura, dal cloruro di sodio (solubilissimo) al solfuro di mercurio (talmente poco solubile da sembrare del tutto insolubile). Il prodotto di solubilità mette ordine in questa scala con un solo numero, permettendo di confrontare quantitativamente sali che la regola «solubile/insolubile» metterebbe nella stessa casella. È il passaggio da una classificazione qualitativa a una misura, ed è proprio ciò che serve quando si deve prevedere se e quanto un sale precipiterà in condizioni reali.
Domande frequenti
Che cos’è il prodotto di solubilità Kps?
È la costante dell’equilibrio di dissoluzione di un sale poco solubile: il prodotto delle concentrazioni dei suoi ioni in soluzione satura, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico. Indica quanto il sale riesce a sciogliersi: più è piccolo, meno il sale è solubile. Dipende solo dal sale e dalla temperatura.
Perché il solido non compare nell’espressione del Kps?
Perché, come per ogni costante di equilibrio, l’attività di un solido puro è costante e vale 1. La quantità di sale solido presente non influenza l’equilibrio (purché ce ne sia un po’): contano solo le concentrazioni degli ioni disciolti, che compaiono al numeratore.
Un Kps più piccolo significa sempre sale meno solubile?
Solo a parità di stechiometria. Tra due sali del tipo AB (come AgCl e BaSO₄) il Kps più piccolo indica il meno solubile. Ma per sali con formule diverse (per esempio AB e AB₂) il confronto diretto inganna: bisogna calcolare la solubilità molare partendo dal Kps e confrontare quella.
Il Kps vale per tutti i sali?
No, solo per quelli poco solubili, dove si stabilisce un vero equilibrio tra solido e soluzione satura. Per i sali molto solubili come il cloruro di sodio non si usa il prodotto di solubilità: si dissociano quasi completamente e non c’è un equilibrio di precipitazione significativo da descrivere.
Il prodotto di solubilità cambia con la temperatura?
Sì. Come ogni costante di equilibrio, il Kps dipende dalla temperatura. Per la maggior parte dei sali la solubilità (e quindi il Kps) aumenta scaldando, perché la dissoluzione è spesso endotermica; ma esistono eccezioni, come alcuni sali di calcio, la cui solubilità diminuisce con la temperatura.
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Avvertenza. Questo articolo ha finalità informative e divulgative e riflette la normativa vigente alla data di pubblicazione; le scadenze indicate possono essere modificate da provvedimenti successivi. Non sostituisce la verifica tecnica del singolo prodotto e del caso specifico. A cura della Redazione di ChimicaConforme.