Calore di idratazione. Esercizi svolti e commentati

Il calore di idratazione corrisponde alla variazione di entalpia che si verifica quando un sale anidro si combina con un determinato numero di molecole di acqua per dare un sale idrato.

Il calore di idratazione, tuttavia, può riferirsi anche alla variazione di entalpia che di verifica quando una mole di ioni gassosi si solubilizzano in acqua sufficiente per dare una soluzione molto diluita.

Un esempio di tale fenomeno può essere descritto dalla reazione tra il solfato di rame (II) che si combina con 5 molecole di acqua per dare solfato di rame (II) pentaidrato secondo la reazione:
CuSO_4(s)+ 5 H₂O_(l) → CuSO₄ ∙ 5 H₂O_(aq)

Il calore di idratazione del sale può essere calcolato conoscendo l’entalpia di soluzione del sale anidro e del sale idrato. Il sale anidro che si combina rapidamente con un certo numero di molecole d’acqua per formare il sale idrato dà luogo alla formazione di calore pertanto la variazione di entalpia ΔH è minore di zero.

La differenza tra l’entalpia del sale idrato rispetto a quella del sale anidro fornisce il calore di idratazione del sale : ΔH_idr= ΔH_sol – ΔH_anidro (*)

Esercizi

• L’entalpia di soluzione del solfato di rame (II) è pari a – 66.5 kJ/mol mentre quella del sale idrato è di + 11.7 kJ/mol. Calcolare il calore di idratazione

I dati forniti dal testo sono relativi alle due seguenti trasformazioni:

CuSO_4(s)+ H₂O_(l) → CuSO_4(aq)    ΔH = – 66.5 kJ/mol (1)

CuSO₄ ∙ 5 H₂O_(aq) → CuSO_4(aq)+ 5 H₂O_(l) ΔH = + 11.7 kJ/mol

Ciò implica che per la reazione

CuSO_4(aq)+ 5 H₂O_(l) → CuSO₄ ∙ 5 H₂O_(aq)  ΔH = – 11.7 kJ/mol  (2)

Sommando membro a membro la (1) e la (2) e semplificando si ha ΔH = – 11.7 kJ/mol – 66.5 kJ/mol = – 78.2 kJ/mol

Allo stesso risultato si perviene applicando la formula (*): ΔH = – 66.5 kJ/mol – (+11.7) = – 78.2 kJ/mol

• Calcolare l’entalpia di soluzione del cloruro di calcio sapendo che l’entalpia di idratazione dello ione calcio gassoso è di – 1650 kJ/mol, quella dello ione cloruro gassoso è di – 364 kJ/mol e l’entalpia del sale anidro è di + 2258 kJ/mol

I dati forniti dal testo sono relativi alle due seguenti trasformazioni:

Ca²⁺_(g) → Ca²⁺_(aq)   ΔH = – 1650 kJ/mol

Cl^–_(g) → Cl^–_(aq)   ΔH = – 364 kJ/mol

CaCl_2(s) → CaCl_2(aq)  ΔH = + 2258 kJ/mol

Dalla (*) si ha:

ΔH_sol= ΔH_idr  + ΔH_anidro

ΔH_idr   =  – 1650 kJ/mol + 2(- 364 kJ/mol) = – 2378 kJ/mol

ΔH_sol= + 2258 kJ/mol – 2378 kJ/mol = – 120 kJ/mol