Perchè più un mare è freddo meno è salato?

La solubilità di una sostanza in un solvente dipende da vari fattori intrinseci del sale stesso , del solvente e delle condizioni al contorno (Temperatura, Pressione, Reologia).

Nel caso di sali con acqua la loro solubilità dipende dai seguenti fattori:

1) Chimica della sostanza: un sale che per sua natura non ha affinità con l’acqua è in generale poco solubile oppure insolubile; questo vale in generale per la maggior parte dei composti chimici apolari e che non interagiscono con i legami idrogeno che l’acqua forma tra le sue molecole e i sali che in esso vengono disciolti (per i dettagli vedere i link interni citati in fondo alla risposta).

2) Temperatura del solvente: all’aumentare della temperatura le molecole del solvente (acqua) si muovono più veleocemente. In generale per la maggiorparte dei sali la solubilità aumenta all’aumentare della temperatura per cui nei mari al polo nord e sud, viste le basse temperature, i sali tendono a separarsi dall’acqua ghiacciata e l’acqua fredda a densità maggiore trascina l’eccesso di sale disciolto in profondità lasciando in superficie una slozione salina in acqua meno densa e più leggera.

EQUILIBRIO DINAMICO DI DISSOLUZIONE ( ENERGIA RETICOLARE ed ENERGIA DI DISSOLUZIONE)

La solubilità di un sale in solvente è un equilibrio dinamico tra le molecole che passano da solido a soluzione e quelle che si ridepositano sul solido.

Solubilità = Cost ( Vsol/Vdep)

dove:

Cost = costante di proporzionalità

Vsol = Velocità di dissoluzione

Vdep = velocità di deposizione

Nel caso in cui Vsol << Vdep il sale è poco solubile, veceversa se Vsol >> Vdep il sale è maggiormente solubile nel solvente considerato.

Qundo la quantità di solido è inferiore alla concentrazione di saturazione, tutto il solido passa in soluzione. In presenza di corpo di fondo si è nelle condizioni di saturazione.

Le due velocità dVsol/Vdep dipendono dalla temperatura. Vedremo di seguito in che modo.

Quando si introduce una sostanza solida (soluto) in un solvente, le molecole del solvente cominciano ad interagire con le molecole che fornamo il reticolo cristallino della sostanza solida. Possiamo immaginare queste interazioni come degli urti tra molecole di solvente e quelle del soluto.

Le molecole del soluto sono tenute insieme dall’energia reticolare Eret (interazioni tra le molecole che formano il solido).

Una volta introdotto il solido in un solvente , le interazioni tra soluto/solvente vengono misurate dalla energia di dissoluzione Esol.

Nel caso in cui Eret >> Esol il sale è poco solubile, mentre se Eret << Esol il sale è tenedenzialmente maggiormente solubile. L’energia di dissoluzione Esol aumenta in genere all’aumentare della temperatura, mentre l’energia di reticolazione Eret diminusce all’aumentare della temperatura.

Questo fatto è dovuto al fatto che nei solidi l’aumento della temperatura provoca un aumento della frequenza di vibrazione delle molecole e quindi le interazioni tra le molecole si fanno più deboli. Un ulteriore aumento della temperatura provoca la rottutra dei legami reticolari e la fusione del solido.

Similmente nei liquidi l’aumento della temperatura provoca un aumento della frequenza di vibrazione delle molecole e degli urti tra le stesse molecole di solvente e, in presenza di soluto, tra il solvente ed il soluto. Questo comportamento è in compezionie/equilibrio con le tendenza che hanno le molecole di soluto a rimanere nel reticolo cristallino. Inoltre maggiore è l’affinità tra soluto e solvente e maggiore è l’interazione che si forma ad ogni urto.

Quando una molecola di solvente urta una molecola di soluto trasferisce energia alla molecola di soluto che quindi tende a diminuire l’energia reticolare in quel puto. Molti urti provocano il trasferimento di motla energia e quindi la molecola di solido si distacca dal reticolo e passa in soluzione. Altri urti consentono al solvente di mantenere la molecola di soluto in soluzione. All’aumentare della temperatura si formeranno moltissimi urti tra solvente e soluto e questo provoca il trasferimento di molta energia da solvente a soluto.

Riassumendo:

Maggiore temperatura provoca un aumento di energia nel solvente.

Maggiore energia nel solvente significa più urti efficaci.

Più urti efficaci significa maggiore trsferimento energetico al solido (Soluto)

Maggiore trasferimento energetico provoca un aumento delle molecole che vanno in soluzione e che vi restano (solubilità)

Al contrario una diminuizione della temepratura provaca l’inverso di tutti questi effetti e quindi una diminuzione della solubilità dei sali.

PRODOTTO DI SOLUBILITA’

Il prodotto di solubilità di un sale in un solvente è definito come il prodotto tra la concentrazione molare dei due ioni del sale (anione positivo, catione negativo) come dalla seguente equazione:

Kps = [A+] x [C]

Kps = costante di equilibrio: prodotto di solubilità

[A+] = concentrazione molare ( moli/litri solvente) dell’anione del sale

[C] = concentrazione molare ( moli/litri solvente) del catione del sale

Maggiore è il valore del Kps e maggiore è la soilubilità del sale nel solvente considerato. Il Kps dipende dal sale, dalla temperatura del sale/solvente e dalla natura del solvente. In generale aumenta all’aumentare della temperatura , tuttavia ci sono aclune eccezioni che riguardano i sali che liberano calore quando si sciolgono in acqua; per essi la solubilità diminuisce con la temperatura ,ma non verranno trattati in questa risposta.

MARE FREDDO E MARE CALDO

In questa risposta di Alessandro Gelagi http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7389 , figura 4, è riportata una mappa della corrente sottomarina fredda che segue in controcorrente le correnti calde superficali e contribuisce al rimescolamento totale degli oceani.

Abbiamo visto che al diminuire della tempeartura l’acqua è meno in grado di solubilizzare un sale. Dato che l’acqua di mare non è in condizioni di saturazione per i sali disciolti quello che accade non è la precipitazione solida dei sali al polo nord e polo sud, ma un processo variazione differente.

Si separa acqua di mare densa di sali che discende sul fondo oceanico e lascia in superficie acqua di mare fredda meno densa di sali e quindi più leggera.

Link Interni vialattea:

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=436

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1869

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7911

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=2360

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=3626

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6337

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=9266

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7900 (miscibilità acqua olio)