Sostanze pure e miscugli

▶ Sostanze pure e miscugli

La materia si presenta in molte forme, dette sostanze o materiali, ognuna con caratteristiche assai diverse e proprietà peculiari. Una prima suddivisione, che tiene conto dei differenti stati di aggregazione della materia, distingue le sostanze pure dai miscugli.

• Le sostanze pure si possono definire attraverso una precisa formula chimica o un simbolo e sono caratterizzate da proprietà chimiche e fisiche specifiche. A loro volta le sostanze pure si distinguono in elementi chimici, costituiti da particelle (atomi) tutte uguali tra loro, e in composti, formati da elementi diversi combinati tra loro.
• La combinazione di due o più sostanze pure diverse dà origine ai miscugli. Sono miscugli quasi tutti i materiali che ci circondano, a partire dalla terra, dall’aria e dall’acqua presenti in natura. In base al modo in cui le sostanze pure sono amalgamate nel miscuglio, si distinguono soluzioni (miscugli omogenei) e miscugli eterogenei.

ELEMENTI CHIMICI

A temperatura ambiente, gli elementi possono presentarsi allo stato solido (ferro, cobalto, nichel, zolfo, calcio, magnesio), gassoso (neon, argon) o liquido (mercurio). Gli elementi hanno proprietà chimiche e fisiche ben definite. In natura, è più facile che si trovino legati ad altri elementi piuttosto che in forma pura.

COMPOSTI

I composti sono il risultato della combinazione di particelle di elementi diversi. In natura sono molto numerosi e vari nella forma: metano, ammoniaca, acqua pura, zucchero e sale, per citarne solo alcuni. Una peculiarità fondamentale dei composti è che hanno caratteristiche chimico-fisiche diverse da quelle degli elementi che li formano. Per esempio, il cloruro di sodio (il comune sale da cucina) è un composto di sodio e cloro, ma non è né irritante né colorato come il cloro (un gas verdastro a temperatura ambiente) e non reagisce violentemente con l’acqua, come invece fa il sodio.

MISCUGLI OMOGENEI (SOLUZIONI)

I miscugli omogenei (o soluzioni) sono costituiti da sostanze mescolate in modo uniforme e non più distinguibili tra loro. Grazie a quest’omogeneità, le caratteristiche fisiche e chimiche restano identiche in ogni punto del miscuglio. Alcuni esempi di miscugli omogenei sono l’acqua presente in natura, che contiene sali minerali; l’aria, composta da gas, quali azoto, ossigeno e anidride carbonica; il vino, costituito principalmente da acqua e alcol. Le soluzioni liquide sono le più comuni. In una soluzione, il componente presente in maggiore quantità è chiamato solvente, quello presente in minore quantità è il soluto. Il solvente è detto anche mezzo disperdente: in esso, infatti, si disperde il soluto. In uno stesso solvente possono trovarsi anche più soluti.

MISCUGLI ETEROGENEI

I miscugli eterogenei sono quelli costituiti da sostanze mescolate in modo non uniforme. Ciascuna di esse resta ben distinta dall’altra e mantiene le sue proprietà; per questa ragione, le caratteristiche fisiche e chimiche possono variare da un punto a un altro del miscuglio. Tra i miscugli eterogenei ci sono le schiume, costituite da gas disperso in un liquido, e le emulsioni, dispersioni di oli in acqua. L’albume montato a neve è una schiuma di aria e soluzione acquosa contenente proteine, mentre il latte è un’emulsione di sostanze grasse disperse in una soluzione acquosa contenente, fra le altre sostanze, zuccheri e proteine.

SOLUBILITÀ E CONCENTRAZIONE

In cucina si preparano frequentemente miscugli omogenei ed eterogenei. Le indicazioni delle ricette stesse richiedono di miscelare diversi ingredienti. Alcune di queste operazioni richiamano i concetti di solubilità e di concentrazione.

Si definisce solubilità la massima quantità di soluto, espressa in grammi, che – a una data temperatura – può essere disciolta in 100 grammi di solvente. La solubilità dipende sia dalla temperatura sia dalla natura chimica del soluto e del solvente. All’aumentare della temperatura aumenta la solubilità: per esempio, in un litro d’acqua a 20 °C si riescono a sciogliere 35,8 g di sale da cucina; oltre questa quantità, il sale non si scioglie più e precipita sul fondo del recipiente. Portando la temperatura dell’acqua oltre i 20 °C si riescono a sciogliere quantità maggiori di sale. Ciò contribuisce a spiegare la variabilità della salinità marina, più alta nelle zone tropicali (fino a 38 g/l) rispetto a quelle polari (anche inferiore a 32 g/l).

La concentrazione, invece, è definita come il rapporto tra la quantità del soluto e quella della soluzione. Questo rapporto può essere espresso con diverse formule che variano a seconda delle unità di misura scelte (vedi tabella).

In base al livello di concentrazione, una soluzione si definisce:

• diluita, quando la quantità di soluto è bassa;
• concentrata, quando la quantità di soluto è alta;
• satura, quando la soluzione contiene la massima quantità possibile di soluto (e dunque un eccesso di soluto precipiterebbe).

La tabella mostra tre diversi metodi usati per calcolare ed esprimere la concentrazione percentuale delle soluzioni.