Che cos’è il calore di soluzione?

Il calore di soluzione, noto anche come variazione di entalpia della soluzione, è la variazione di entalpia che si verifica quando un determinato soluto viene sciolto in un solvente per formare una soluzione. Entalpia è un termine usato in termodinamica per descrivere l’energia in un sistema. Non è possibile misurare direttamente l’entalpia totale di un sistema, quindi la variazione di entalpia viene utilizzata per misurazioni come il calore di soluzione piuttosto che l’entalpia totale del sistema. Ci sono diversi processi che si verificano quando un soluto viene sciolto in una soluzione e ognuno è in grado di modificare l’entalpia della soluzione. In molti casi, una varietà di legami chimici si rompono e si formano nuovi legami, il che si traduce in un cambiamento di entalpia.

Ci sono tre aspetti primari della dissoluzione di un soluto in un solvente che contribuiscono al calore della soluzione. Innanzitutto, quando viene aggiunto il soluto, le interazioni chimiche che collegano le molecole di soluto si rompono, il che richiede il consumo di energia. Successivamente, anche le attrazioni chimiche che collegano le molecole di solvente si rompono quando le molecole di soluto entrano nel sistema, richiedendo nuovamente un consumo di energia. Infine, dopo che queste attrazioni si sono rotte, si formano nuove interazioni tra il solvente e le molecole di soluto, con conseguente rilascio di energia.

I primi due aspetti della dissoluzione richiedono input di energia e sono indicati come processi endotermici. Il terzo, mediante il quale si formano attrazioni tra le molecole di solvente e soluto, è indicato come un processo esotermico, poiché rilascia energia nel sistema. Per determinare il calore totale di soluzione, si può semplicemente prendere la somma di ogni variazione di entalpia. In alcuni casi, le prime due parti della dissoluzione richiedono più input di energia rispetto alla formazione di nuove attrazioni rilasciate, risultando in un processo che è complessivamente endotermico. In altri, il rilascio finale di energia è maggiore dell’energia richiesta per rompere le attrazioni soluto-soluto e solvente-solvente, quindi il processo è complessivamente esotermico.

È anche possibile misurare il calore della soluzione in base alle variazioni di temperatura in una soluzione. Un processo prevalentemente esotermico rilascerà energia nel sistema e, quindi, aumenterà la temperatura della soluzione. Un processo prevalentemente endotermico, invece, consumerà energia e, quindi, ridurrà la temperatura della reazione. Se si conoscono in anticipo le varie proprietà del soluto e del solvente, è possibile utilizzare la variazione di temperatura per determinare il calore della soluzione con ragionevole accuratezza.