In chimica, quando una sostanza nota come soluto si dissolve in un’altra, nota come solvente, viene definita soluzione. La solvatazione è un processo in cui si verifica una reazione chimica durante questo e sia il soluto che il solvente si combinano per formare deboli legami elettronici covalenti. Il processo di solvatazione è strettamente correlato alla dissoluzione e alla solubilità, con la distinzione tecnica che crea uno stato stabile nella soluzione in cui le cariche ioniche del soluto e del solvente si annullano a vicenda per formare una carica neutra complessiva.
Sebbene il modello di solvatazione possa essere applicato anche a materiali insolubili in cui si verificano processi di scambio ionico su una superficie solida, è più frequente nelle soluzioni acquose. È considerato un processo importante da comprendere in chimica poiché la maggior parte delle reazioni chimiche si verificano in uno stato di soluzione. In biologia, essenzialmente tutte le reazioni biochimiche nel corpo umano avvengono anche in una soluzione a base d’acqua, quindi la solvatazione è ancora più importante da capire lì.
Il comune processo di solvatazione dell’acqua, noto anche come idratazione, ha un impatto diretto sulla sicurezza delle forniture idriche cittadine. L’acqua che viene purificata per uso potabile e per altri usi dai comuni non è acqua pura e, infatti, potrebbe finire con più solidi disciolti in essa a causa dell’idratazione di quanto non fosse all’inizio. Questo perché le molecole d’acqua generalmente contengono energia ionica sufficiente per abbattere la struttura dei solidi ionici del reticolo cristallino, come il cloruro di sodio.
Il processo di solvatazione avviene solo con solventi polari, di cui l’acqua è uno. Un solvente polare è una sostanza chimica in cui esiste una separazione permanente di cariche positive e negative o in cui il centro delle cariche non è bilanciato. Si dice che i solventi polari abbiano elevate costanti dielettriche o una forte capacità di concentrare il flusso elettrico. Altri esempi di solventi polari includono etanolo, butanolo e acido formico.
Quando si verifica il processo di solvatazione, cambiano anche i livelli di energia di solvatazione. L’energia viene rilasciata quando il solvente si coordina con gli ioni liberi, che è nota come energia di ligazione. Quando gli ioni si disperdono nel solvente, l’energia viene legata in un processo noto come energia di dispersione.
Alcune sostanze possono rilasciare grandi quantità di energia sotto forma di calore quando avviene la solvatazione in acqua, misurata in chilogrammo-Joule/mol, e altre ne rilasciano pochissima, a seconda della loro struttura molecolare. L’entalpia molare, o contenuto di calore, del cloruro di alluminio, AlCl3, è -373.63 kJ/mol dove quella dell’acido solforico, H2SO4, è un terzo di quel livello a -95.28 kJ/mol, classificandoli come rilascianti elevate quantità di energia in una solvatazione dell’acqua. Esempi di molecole che rilasciano piccoli tassi di entalpia molare includono nitrato di litio, LiNO3, a -2.51 kJ/mol e cloruro di potassio, KCl, a -17.22 kJ/mol.