CHIMICA sperimentale

Nel ragionamento sulle coppie del post 77 si parlava di solubilità (o meglio, insolubilità) dei sali, che è stato poi messo in pratica con la preparazione del bromato di bario nel post 78.
A questo punto per completezza potrebbe sorgere spontanea la domanda: un sale insolubile è proprio "insolubile"?

Si potrebbe pensare che, per quanto restio a sciogliersi, un sale sarà sempre un pochino solubile... non è concepibile che non se ne sciolga nemmeno una molecola in un oceano d'acqua!
Vediamo se la risposta quantitativa a questa domanda ci riserverà delle sorprese oppure no.

Questo concetto è definito dal cosiddetto Prodotto di solubilità, che viene applicato allo studio di sali veramente "insolubili" (non come il nostro bromato che è semplicemente "poco" solubile). Quando un sale si pone in acqua avviene una dissociazione della molecola, che si scinde in ioni, positivi da parte del metallo e negativi da parte del "radicale acido", come si è visto l'altra volta.

Ma cosa succede se metto in acqua un sale "del tutto" insolubile?
Per esempio solfuro di rame CuS? (In natura questo solfuro è il raro minerale covellite).
Naturalmente dovrò mescolare, lasciar agire l'acqua e tenere un po' di sostanza sul fondo per essere assolutamente certo che la soluzione sia satura e che ci sia equilibrio tra sciolto ed indisciolto.

CuS <--> Cu⁺⁺ + S^-- e si stabilisce un equilibrio tra sostanza solida indisciolta (CuS) e ioni rame e solfuro in soluzione.

Il prodotto tra le concentrazioni ioniche [Cu⁺⁺] e [S^--] (le concentrazioni si indicano tra parentesi quadre) si chiama Prodotto di solubilità, si indica con Kps ed è una costante che dipende dalla sostanza in esame.
Per esempio per il solfuro di rame questa costante vale 6x10^-37 (sì, avete letto bene, 10 elevato alla meno 37!).

Che senso ha un numero così piccolo? Per noi che siamo sperimentatori e vogliamo toccar con mano le cose, se buttiamo una spatolata di CuS in un litro d'acqua quanto se ne scioglierà, in pratica?
Facciamo quattro calcoli...

Kps = [Cu2+][S2-]    Kps = 6x10^-37

Poichè una molecola di CuS dà origine ad uno ione Cu²⁺ ed uno solfuro S^2- (in quantità identiche), ed il loro prodotto è 6x10^-37, per sapere la concentrazione del CuS basterà estrarre (in questo caso) la radice quadrata del Kps, che vale 7,7x10^-19
Si ottiene così la concentrazione molare, ovvero quante moli di CuS sono presenti all'equilibrio in un litro d'acqua; per trasformare in grammi basta moltiplicare per il peso molecolare del CuS, cioè per 95:

7,7x10^-19 x 95 = 7,3x10^-17 grammi sciolti in un litro

Traducendo terra-terra con un po' di conversioni: per sciogliere completamente un milligrammo di solfuro di rame ci vuole qualcosa come tredici miliardi di metri cubi d'acqua...!!! C'era la sorpresa vero?

Naturalmente ho scelto una sostanza particolarmente insolubile per dare un'idea di come certe grandezze in gioco assumano valori intuitivamente del tutto inconcepibili.

Ma il CuS non è il più insolubile dei sali! Il solfuro di mercurio HgS (il cinabro) ha un pazzesco Kps di 2x10^-53...!!!
Quest'ultimo è un valore estremo (una soluzione satura di HgS conterrebbe solo tre molecole per metro cubo...), comunque Kps con potenze del dieci che spaziano dal ^-10 al ^-35 sono comuni.
 
Cosa discende da tutto ciò?
Discorsi accademici campati in aria? Nossignori, nelle scienze niente è campato in aria... una conseguenza tangibile è proprio l'esistenza stessa dei minerali: è dalla storia del mondo che "ci piove su" ed ancora non si sono sciolti...