Che cos'è il calore della soluzione?

Il calore della soluzione, noto anche come cambiamento di entalpia della soluzione, è il cambiamento di entalpia che si verifica quando un dato 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 si può misurare direttamente l'entalpia totale di un sistema, quindi il cambiamento nell'entalpia viene utilizzato per misurazioni come il calore di soluzione piuttosto che l'entalpia totale del sistema. Esistono diversi processi quando si dissolve un soluto in una soluzione e ciascuno è in grado di modificare l'entalpia della soluzione. In molti casi, una varietà di legami chimici si spezza e si formano nuovi legami, che provocano tutti un cambiamento di entalpia.

Esistono tre aspetti principali 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 sono state 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 l'apporto di energia e vengono definiti processi endotermici. Il terzo, attraverso il quale si formano attrazioni tra solvente e molecole di soluto, viene definito processo esotermico, in quanto rilascia energia nel sistema. Per determinare il calore totale della soluzione, si può semplicemente prendere la somma di ogni cambiamento di entalpia. In alcuni casi, le prime due parti della dissoluzione richiedono un maggiore apporto di energia rispetto alla formazione di nuovi rilasci di attrazioni, risultando in un processo endotermico nel complesso. 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 principalmente endotermico, d'altra parte, consumerà energia e, quindi, ridurrà la temperatura della reazione. Se si conoscono in anticipo varie proprietà del soluto e del solvente, è possibile utilizzare la variazione di temperatura per determinare il calore della soluzione con ragionevole precisione.