SOLUBILITA’
SOLUBILITA’IN ACQUA
MOLECOLE DI ACQUA
SOLUBILITA’
► Rappresenta un parametro di estrema importanza che molto
spesso consente non solo di capire la natura della sostanza in
esame ma può condurre direttamente all’identificazione della
stessa.
► La solubilità può anche rappresentare un utile parametro per
capire il grado di purezza di una nota sostanza.
► Il suo valore è estremamente influenzato dalla temperatura per
cui è bene sempre specificare la temperatura alla quale essa viene
determinata.
Nella F.U. per ogni composto iscritto è riportata anche la sua solubilità in
vari solventi sia inerti che reattivi. La solubilità è intesa determinata a 20
°C e si esprime in parti per milione (ppm).
Solventi Inerti
Acqua
Etere
Etanolo
Cloroformio
Acetone
Benzene
Solventi Reattivi
La solubilizzazione in tali solventi
avviene grazie ad una reazione acido-base.
SOLUBILITA’
Gradi e criteri di solubilità:
SOLUBILISSIMO :
1 p. di sostanza in meno di 1 p. di solv
MOLTO SOLUBILE :
1 p. di sostanza in 1 a 10 p. di solv.
SOLUBILE :
1 p. di sostanza in 10 a 30 p. di solv.
MODERATAMENTE SOLUBILE :
1 p. di sostanza in 30 a 100 p. di solv.
POCO SOLUBILE :
1 p. di sostanza in 100 a 1000 p. di solv.
MOLTO POCO SOLUBILE :
1 p. di sostanza in 1000 a 10.000 p. di solv.
PRATICAMENTE INS. :
1 p. di sostanza in piu di 10.000 p. di solv.
La solubilizzazione di una sostanza nei solventi avviene mediante fenomeni di associazione tra le sue
molecole o gli ioni provenienti dalla sua dissociazione elettrolitica, e le molecole del solvente.
Altre comuni espressioni usate per indicare la solubilità:
% p/p
espressi come 100 g di solvente o 100 g di soluzione
% p/v
espressi come 100 ml di solvente o 100 ml di soluzione
% p/v = % p/p x d
Quando la solubilità non è completa, può essere utile filtrare la
sospensione ed esaminare il residuo ed il filtraggio:
- 
il residuo può essere ripreso con acqua; se si tratta di un sale, questo
risulterà assai più solubile in acqua che nell’acido o nella base
impiegata, venendo a mancare l’effetto dello ione a comune;
- 
il filtrato, acido o alcalino, può essere a sua volta alcalinizzato o
acidificato, rispettivamente, al fine di liberare la sostanza salificata in
soluzione. La formazione di un precipitato conferma l’avvenuta
reazione acido-base e quindi la solubilità del composto.
ATTENZIONE:
La solubilità reattiva nelle soluzioni di carbonati o bicarbonati deve essere
accompagnata da un evidente sviluppo di bollicine gassose dovute alla formazione di
CO2
Solventi reattivi più comunemente adoperati sono:
NaOH 2.5 M,
Na2CO3 1 M,
NaHCO3 1.5 M,
HCl 1.2 M
RCOOH + OH
-
2 RCOOH + CO3=
RCOOH + HCO3
R N + H+
3
RCOO + H2O
2 RCOO + CO2
RCOO + H2O + CO2
R NH+
3
ATTENZIONE:
Non sottovalutare la presenza di sostanze anfotere.
Natura della Solubilità
La solubilità dipende dalle forze intermolecolari esercitate tra le varie
molecole del composto e quelle esercitate dalle molecole del composto
con quelle del solvente. In prima approssimazione possiamo dire che la
solubilità è tanto più elevata quanto più simili sono i tipi di legame
presenti nella molecola del solvente ed in quella del soluto.
1- Legame Ionico o Eteropolare
2- Legame covalente od omeopolare
3- Legame Idrogeno
4- Forze di Van der Waals
LEGAME IONICO O ETEROPOLARE
E’ un legame tipico dei sali, di Sali metallici di acidi organici, degli enoli,
e dei fenoli. Esso si stabilisce tra due elementi quando uno di essi ha un
valore di elettronegatività maggiore rispetto all’altro. In tal caso il più
elettropositivo cede elettroni all’altro e i due atomi assumono una carica
di segno opposto.
+
-
Link alla Tabella Periodica
LEGAME COVALENTE OD OMEOPOLARE
Tipico legame che si può instaurare tra due atomi che sono
elettroequivalenti per cui la nuvola elettronica si distribuirà egualmente
tra gli atomi. In altri casi in cui l’elettronegatività è diversa, ci sarà un
eccesso di carica negativa sul più elettronegativo.
A---------B
A---------B
δ+
δ-
Nel 2° caso il legame avrà un carattere parzialmente ionico per cui i baricentri
delle cariche positive e negative non coincidono generando così un dipolo.
Come tutti i dipoli esso sarà caratterizzato da un momento dipolare, indicato µ
Il momento dipolare è in relazione con la costante dielettrica e con
l’indice di rifrazione della sostanza. Più elevato il valore della
costante dielettrica tanto maggiore è la polarità del composto.
Composto
Costante
dielettrica
Composto
Costante
dielettrica
Acido cianidrico
114
Acido formico
58.4
Dimetilformammide
109
Nitobenzene
35.7
Acqua ossigenata
84,2
Metanolo
33.6
Acido fluoridrico
84
Etanolo
23
Acqua
81
Acetone
0.7
LEGAME IDROGENO
E’ di estrema importanza nel regno biologico. Come è noto esso si
forma tra un atomo di idrogeno ed uno specifico atomo caratterizzato da
elevata elettrogenatività. Esso è caratterizzato, inoltre, da bassa entità
energetica e la sua natura dipende dalla natura degli atomi che sono
collegati all’atomo di idrogeno. Maggiore è la sua elettronegatività
maggiore risulterà la forza di legame.
Il legame idrogeno influenza le proprietà fisiche e chimiche delle
sostanze nelle quali è presente. Tra queste ricordiamo:
punto di ebollizione, il punto di fusione, la solubilità e l’acidità.
O
H
: O
N
H
:
O
O
H
: N
Punto di Fusione
Punto di Ebollizione
100 °C
H 2O
HF
0 °C
H 2O
H2Te
H2Te
NH3
-100 °C
H2Se
H 2S
HF
HBr
HCl
PH3
HI
NH3
H2Se
HI
SbH3
AsH3
HBr
PH3
AsH3
GeH4
SiH4
SnH4
-200 °C
GeH4
CH4
SiH4
HCl
CH4
SbH3
SnH4
H
H
H
O
H
O
H
H
H
H
Molecole di Acqua
H
H
H
O
H
R
R
O
O
H
H
O
O
R
R
O
O
H
Molecole di Alcool
Correlazione tra punto di ebollizione e legame idrogeno
Acqua
Metanolo
Etanolo
Propanolo
Dimetiletere
Peso Molecolare
18
32
46
60
46
Punto di Ebollizione
100
65
78
97
25
Valori espressi in °C
Legame Idrogeno e Solubilità
O
R
H
O
C
C
O
H
R
Acidi carbossilici
O
CO-NH2
CO-NH-CH3
CO-N(CH3)2
CO-NH2
CO-NH-CH3
CO-N(CH3)2
p.f. 420 °C
p.f. 217 °C
p.f. 80 °C
Ammidi sostituite
ALTRI ESEMPI:
CH3
CH3
C
C
H2C
O
HC
C
C2H5O
H
C
O
C2H5O
COOH
O
O
OH
OH
O
Acidi orto, meta e para
Idrossi-benzoici
H
O
O
C
C
H
H
COOH
Acidi orto, meta e para
Idrossi-benzoici
OH
OH
COOH
C
O
H
HO
O
COOH
Acido Acetilsalicilico
O
COCH3
FORZE DI VAN DER WAALS
☻Sono forze di natura elettrostatica generalmente molto deboli, almeno
in confronto con le forze di interazione elencate in precedenza.
☻Il valore dell’entità di tale forza aumenta in genere con l’aumentare
del peso molecolare. In una serie omologa di composti organici,
l’aumento del punto di fusione e del punto di ebollizione passando dagli
omologhi inferiori a quelli superiori, è dovuto all’accumularsi delle forze
di Van der Waals.
Relazione tra Peso Molecolare e Solubilità
Composto
P.M.
Solubilità a
Ac. n-butirrico
88.10
Miscibile
Ac. n-valerianico
102.13
4
Ac. n-capronico
116.16
Poco solubile
Ac. n-enantico
130.18
Insolubile
Alcool propilico
60.09
Miscibile
Alcool butirrico
74.12
9
Alcool amilico
88.15
2
Alcool esilico
102.17
0.6
a = g/100 ml
Relazione tra Punto di Fusione e Solubilità
Nel processo di solubilizzazione entrano in gioco oltre alle forze intermolecolari
esistenti tra soluto e solvente anche le forze intramolecolari del soluto puro.
Queste forze si possono valutare prendendo in considerazione i punti di fusione
e di ebollizione del soluto.
Composto
P.M.
Solubilità a
CH3-CH2-CH2-OH
60.09
Miscibile
Cl-CH2-CH2-CH2-OH
94.54
50
Br-CH2-CH2-CH2-OH
139.00
16.6
a = g/100 ml
Separazione di Sostanze Organiche
mediante la Solubilità
La solubilità viene valutata nei seguenti solventi:
1234567-
H 2O
Etere Etilico
NaHCO3 2N
Na2CO3 2N
NaOH
2N
HCl
2N
H2SO4
Prima di effettuare le prove di solubilità accertarsi che la sostanza sia
perfettamente omogenea.
A- SOLUBILITA’ IN ACQUA
L’acqua per il suo carattere fortemente polare è in grado di sciogliere i
composti ionici e tutte quelle sostanze che si possono trasformare in ioni
attraverso una reazione di tipo acido-base.
B: + H-OH
RCOOH + H2O
B:H+ + OHRCOO- + H2O:H+
Si solubilizzano in acqua tutte quelle sostanze organiche basiche o acide che
sono in grado di formare con essa dei legami idrogeno
Parte Lipofila
Parte Idrofila
La solubilità in acqua è influenzata dalla minore o maggiore prevalenza del
gruppo polare rispetto al gruppo non polare. Generalmente quando è
presente un solo gruppo polare la molecola è ancora solubile in acqua se il
radicale idrofobico della molecola non supera i 4 atomi di carbonio a catena
lineare o i 5 atomi a catena ramificata.
☻In pratica si può generalizzare affermando che il rapporto tra gli atomi di
carbonio e gruppi polari deve essere di 4:1 o 5:1 per molecole lineari o
ramificate.
Esempi acidi organici
CH3
H3 C
C
CH3
5:1
6:1
COOH
B- SOLUBILITA’ IN ETERE
Valori delle costanti dielettriche:
Acqua:
Etere etilico
81
4.3
Sostanze apolari e quelle poco polari si sciolgono bene in etere mentre i composti
Ionici non si sciolgono.
In base alla solubilità in acqua ed etere etilico è possibile suddividere le sostanze in
4 gruppi:
ABCD-
Solubili in Acqua ed Etere Etilico
Solubili in Acqua ed insolubili in Etere
Insolubili in entrambi
Solubili in Etere ed insolubili in Acqua
A- Solubili in Acqua ed Etere Etilico
La sostanza in esame non è di natura ionica. Ha in genere un solo gruppo
Polare capace di dare origine a dei legami idrogeno
B- Solubili in Acqua ed Insolubili Etere Etilico
Si tratta di una sostanza ionica oppure di una sostanza il cui rapporto atomi
di Carbonio e gruppi polari è inferiore a 5:1
C- Insolubili in entrambi
Si tratta di sostanze ad elevato peso molecolare oppure con elevato punto
di fusione.
D- Solubili in Etere Etilico e insolubili in Acqua
Sostanza decisamente organica che comunque non rientra nelle 3 categorie prima
descritte.
Sostanza Insolubile in Acqua
NaHCO3
Na2CO3
NaOH
HCl
NaHCO3 2N
Na2CO3 2N
NaOH
2N
Sostanze Acide
2N
2N
2N
2N
HCl 2N
Sostanze Basiche
C- SOLUBILITA’ IN BICARBONATO
HA + NaHCO3
(NaHCO3 satura)
NaA + H2O + CO2
Ka = 4
x
10-11
Le sostanze organiche capaci di spostare l’acido carbonico dai bicarbonati sono
gli acidi carbossilici alifatici ed aromatici e gli acidi solfonici.
Non si sciolgono in bicarbonato i fenoli forti, fenoli con gruppi elettron-attrattori
CH3-CH2-CH2-CH2-COOH
O
COOH
H
COOH
HN
OH
O
H
N
H
O
Acido p-Ammino Salicilico
Acido Salicilico
Acido p-Nitro Salicilico
D- SOLUBILITA’ IN CARBONATO SODICO 2N
HA + Na2CO3
HA + NaHCO3
NaA + H2O + NaHCO2
NaA + H2O + CO2
Ka = 4.3 x 10-7
Ka = 4 x 10-11
SI sciolgono in tale soluzione tutte le sostanze che si sciolgono in bicarbonato e
sostanze aventi un carattere di acido di media forza.
OH
R
Saccarina
R= NO2, F, ecc
E- SOLUBILITA’ IN NaOH 2N
In tale soluzione si sciolgono tutte le soluzioni decisamente acide.
In particolare, gli acidi carbossilici, i fenoli, i tiofenoli, i mercaptani e le solfonammidi
reagiscono con NaOH per formare dei Sali solubili in acqua. Reagiscono anche ossime
ed acidi idrossammici.
NH-R
Acidi
idrossammici
SO2-NH2
Solfonammidi
ossime
R-SO2-NH2
R-SO2-NH-
R-CO-NHOH
R-CO-NH-O-
R-CH=N-OH
R-CH=N-O-
OCH3
CH3
OH
HO
HO
CHO
CH
H 3C
CH3
Vanillina
β-Naftolo
Timolo
OH
O
Fenoli
N
H
O
Succinimmide
F- SOLUBILITA’ IN HCl 2N
Le sostanze che non sono solubili in acqua ma che si sciolgono in acido cloridrico
sono sostanze sufficientemente basiche. L’entità della basicità di un composto si
può valutare dal valore della Ka.
R1
H
H
N
H
+ HCl
R2
N H+
Cl-
R3
R1
R2
N
R3
Al variare del radicale presente
la basicità può essere modificata
CH3-NH2
Kb =
Kb = 5x10-4
3.8x10-10
CH2-NH2
H3C
NH
Kb = 7x10-4
Kb = 2x10-5
H3C
CH3
N
CH3
CH3
Kb = 7x10-5
H
N
Kb = 1x10-13
NH2
COMPOSTI ANFOTERI
R1
H
NH2
C
C
R2
NH2
NH2
R2
COOH
COOH
Sulfamidici
Amminoacidi
SO2NH2
NH2
NH2
O2 S
H
N
N
O2 S
H
N
COCH2CH2COOH
S
N
N
HN
NH2
O2 S
N
C
NH2
NH2
O2S
H
N
S
N
SOLUBILITA’ COMPOSTI INORGANICI