Soluzioni elettrolitiche e non elettrolitiche

Le sostanze che subiscono un cambiamento fisico o chimico nella soluzione per produrre ioni in grado di condurre elettricità sono chiamate elettroliti. Se una sostanza produce ioni in soluzione, cioè se il composto subisce una dissociazione al 100%, allora la sostanza è un forte elettrolita. La dissociazione completa è indicata da una singola freccia in avanti. Ad esempio, i composti ionici solubili in acqua come il cloruro di sodio si dissociano in formazioni di sodio e anioni di cloruro in soluzione acquosa.

Altri esempi di elettroliti forti sono gli idrossidi dei metalli del gruppo 1 e del gruppo 2 e acidi forti come HCl e HNO₃.

Se solo una piccola frazione della sostanza si dissocia in ioni, cioè se il composto subisce una dissociazione parziale in soluzione, è chiamato elettrolita debole. La dissociazione parziale è indicata da una freccia reversibile. Ad esempio, acidi deboli come l’acido acetico ionizzano parzialmente nell’acqua per dare ioni acetati e ioni idronio.

Altri esempi di elettroliti deboli sono sali scarsamente solubili come AgCl e PbCl₂e basi deboli come l’ammoniaca.

L’attrazione elettrostatica tra uno ione e una molecola con un dipolo – chiamata attrazione ionico-dipolo – gioca un ruolo importante nella dissoluzione dei composti ionici nell’acqua. Quando i composti ionici si dissolvono in acqua, gli ioni nel solido si separano e si disperdono uniformemente in tutta la soluzione perché le molecole d’acqua circondano e solvano gli ioni, riducendo le forti forze elettrostatiche tra di loro.

Le soluzioni di composti covalenti conducono elettricità perché le molecole di soluto reagiscono chimicamente con il solvente per produrre ioni. Ad esempio, il cloruro di idrogeno puro è un gas costituito da molecole covalenti di HCl. Questo gas non contiene ioni. Tuttavia, una soluzione acquosa di HCl è un ottimo conduttore, indicando che esiste una concentrazione apprezzabile di ioni all’interno della soluzione.

Poiché l’HCl è un acido, le sue molecole reagiscono con l’acqua, trasferendo ioni H+ per formare ioni di idronio (H₃O⁺) e ioni cloruro (Cl⁻):

Questa reazione è essenzialmente completa al 100% per HCl (un elettrolita forte). Allo stesso modo, acidi e basi deboli che reagiscono solo parzialmente generano concentrazioni relativamente basse di ioni quando vengono sciolti in acqua e sono classificati come elettroliti deboli.

Le sostanze che non producono ioni quando vengono sciolte in acqua sono chiamate non elettriliti. Tali sostanze si dissolvono come molecole neutre in soluzione, ognuna circondata da molecole d’acqua. Ad esempio, un composto molecolare come il saccarosio si dissolve in acqua come molecole intatte.

In sintesi, le sostanze possono essere identificate come forti, deboli o non elettriche misurando la conduttiva elettrica di una soluzione acquosa contenente la sostanza. Per condurre l’elettricità, una sostanza deve contenere specie liberamente mobili e cariche. La più familiare è la conduzione dell’elettricità attraverso fili metallici, nel qual caso le entità mobili cariche sono elettroni. Le soluzioni possono anche condurre elettricità se contengono ioni disciolti, con la conduttività che aumenta con l’aumentare della concentrazione di ioni. L’applicazione di una tensione agli elettrodi immersi in una soluzione consente di valutare la concentrazione relativa degli ioni disciolti, sia quantitativamente, misurando il flusso di corrente elettrica, sia qualitativamente, osservando la luminosità di una lampadina inclusa nel circuito.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 11.2: Elettroliti.