Soluzioni elettrolitiche e conducibilità: come gli ioni conducono

Perché l’acqua salata conduce la corrente e l’acqua zuccherata no? La differenza sta in che cosa il soluto produce quando si scioglie: ioni o molecole neutre. Le soluzioni che contengono ioni liberi si chiamano elettrolitiche e conducono l’elettricità; capire come e perché è alla base dell’elettrochimica, della biologia e di moltissime analisi.

Vediamo cosa sono gli elettroliti, la differenza tra elettroliti forti e deboli, come la dissociazione produce gli ioni e come la conducibilità misura tutto questo.

Elettroliti e non elettroliti

Un elettrolita è una sostanza che, sciolta in acqua, produce ioni e rende la soluzione conduttrice. Un non elettrolita (come lo zucchero) si scioglie restando in molecole neutre: niente ioni, niente conduzione. La conducibilità di una soluzione è quindi una spia diretta della presenza e della quantità di ioni liberi.

La dissociazione: come nascono gli ioni

Quando un sale come il cloruro di sodio si scioglie in acqua, le molecole d’acqua, polari, circondano gli ioni e li separano dal reticolo cristallino. Il sale si dissocia nei suoi ioni:

NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq)

Gli ioni così liberati — cationi positivi e anioni negativi — sono circondati da molecole d’acqua (sono «idratati») e possono muoversi nella soluzione. È questo movimento che permette la conduzione.

Elettroliti forti e deboli

Non tutti gli elettroliti si dissociano nella stessa misura. Un elettrolita forte si dissocia (o ionizza) quasi completamente: praticamente tutto il soluto diventa ioni. Vi appartengono i sali solubili, gli acidi forti (come HCl) e le basi forti (come NaOH). Un elettrolita debole si dissocia solo in parte: in soluzione coesistono ioni e molecole indissociate, in equilibrio tra loro. Sono deboli, per esempio, l’acido acetico e l’ammoniaca.

α = moli dissociatemoli iniziali   (grado di dissociazione, da 0 a 1)

Il grado di dissociazione α misura la frazione di soluto effettivamente dissociata: vale circa 1 (cioè 100%) per gli elettroliti forti e un valore piccolo per i deboli. A parità di concentrazione, una soluzione di elettrolita forte contiene molti più ioni e conduce molto meglio di una di elettrolita debole.

La conducibilità: misurare gli ioni

La conducibilità elettrica di una soluzione misura quanto facilmente la corrente la attraversa, e dipende da tre cose: il numero di ioni presenti (più ioni, più conduzione), la loro carica (uno ione bivalente trasporta più carica di uno monovalente) e la loro mobilità (quanto velocemente si muovono nel solvente). Gli ioni piccoli e molto idratati o, al contrario, particolarmente mobili come H⁺ e OH⁻ hanno mobilità elevata e contribuiscono molto alla conduzione.

La misura di conducibilità è uno strumento analitico molto usato: serve a stimare la salinità di un’acqua, a seguire l’andamento di una titolazione (la conducibilità cambia man mano che gli ioni reagiscono) e a controllare la purezza dell’acqua, perché un’acqua molto pura, povera di ioni, conduce pochissimo.

Perché tutto questo conta

Le soluzioni elettrolitiche sono ovunque: nel sangue e nelle cellule, dove gli ioni sodio, potassio e cloruro governano la trasmissione nervosa e l’equilibrio idrico; nelle batterie e nelle celle elettrochimiche, dove l’elettrolita chiude il circuito; nell’industria, dall’elettrolisi alla galvanica. Distinguere un elettrolita forte da uno debole e saper interpretare una misura di conducibilità sono competenze di base che aprono la porta a tutta l’elettrochimica e a buona parte della chimica analitica delle acque.

Domande frequenti

Che cos’è un elettrolita?

È una sostanza che, sciolta in acqua, si dissocia in ioni e rende la soluzione capace di condurre la corrente elettrica. Sono elettroliti i sali solubili, gli acidi e le basi. Le sostanze che si sciolgono restando in molecole neutre, come lo zucchero, sono invece non elettroliti e non conducono.

Qual è la differenza tra elettrolita forte e debole?

Un elettrolita forte si dissocia quasi completamente in ioni (grado di dissociazione vicino a 1): praticamente tutto il soluto diventa ioni. Un elettrolita debole si dissocia solo in parte, lasciando in soluzione un equilibrio tra ioni e molecole indissociate. A parità di concentrazione, il forte contiene più ioni e conduce molto meglio.

Perché l’acqua salata conduce e quella zuccherata no?

Perché il sale è un elettrolita: sciogliendosi produce ioni liberi (sodio e cloruro) che, muovendosi, trasportano la carica. Lo zucchero è un non elettrolita: si scioglie restando in molecole neutre, senza ioni, quindi non c’è nulla che trasporti la corrente e la soluzione non conduce.

Da cosa dipende la conducibilità di una soluzione?

Da tre fattori: il numero di ioni presenti, la loro carica e la loro mobilità nel solvente. Più ioni ci sono, più alta è la conducibilità; gli ioni con carica maggiore o più mobili (come H⁺ e OH⁻) contribuiscono di più. La conducibilità è quindi una misura indiretta della quantità e del tipo di ioni in soluzione.

Che cos’è il grado di dissociazione?

È la frazione di soluto effettivamente dissociata in ioni, indicata con α e compresa tra 0 e 1. Vale circa 1 per gli elettroliti forti, che si dissociano quasi del tutto, e un valore piccolo per i deboli, che si dissociano solo in parte. Aumenta con la diluizione, soprattutto per gli elettroliti deboli.