Parametro di Hildebrand: calore di vaporizzazione

Il parametro di Hildebrand (HSP) detto anche parametro di solubilità è un valore numerico che indica la capacità di solubilizzare di uno specifico solvente
Un solvente è un liquido in grado di sciogliere un soluto solido, liquido o gassoso per formare una soluzione.

Il solvente maggiormente usato per sciogliere soluti ionici o polari è l’acqua mentre per sciogliere sostanze organiche si adoperano solventi non polari come, ad esempio, l’etere.

La scelta di un solvente è quindi di importanza fondamentale in quanto esso deve essere in grado di solubilizzare il soluto e pertanto per definire quantitativamente la capacità solvente ci si avvale del parametro di Hildebrand δ che dà un’indicazione relativa al grado di interazione tra le specie che costituiscono la soluzione.

Il  parametro di Hildebrand è usato in modo particolare per sostanze non polari o debolmente polari in cui non sono presenti legami a idrogeno.

Esso si ottiene dalla densità di energia coesiva che a sua volta deriva dal calore di vaporizzazione.

Quando un liquido viene riscaldato, l’energia erogata porta ad un aumento della temperatura del liquido; una volta che si è raggiunta la temperatura di ebollizione un ulteriore riscaldamento non porta ad un aumento della temperatura e il calore erogato, detto calore latente di ebollizione serve a separare le molecole fino a portarle allo stato gassoso.

Misurando la quantità di energia da quando il liquido raggiunge la temperatura di ebollizione a quando viene portato allo stato di vapore otteniamo un’indicazione della quantità di energia necessaria per separare il liquido in un gas, ovvero dell’entità delle forze di van der Waals esistenti tra le molecole del liquido.

Calore di vaporizzazione e parametro di Hildebrand

La quantità di energia per separare il liquido in un gas è detta calore di vaporizzazione che può essere espressa in cal/cm³ da cui si può ottenere la densità di energia coesiva secondo l’equazione:

c = ΔH – RT/V_m   (1)

dove c è la densità di energia coesiva

ΔH è l’entalpia di vaporizzazione

R è la costante dei gas

V_m è il volume molare

La densità di energia coesiva è correlata al grado con cui le forze di van der Waals tengono unite le molecole che si traduce in una correlazione tra vaporizzazione e solubilità in quanto le stesse forze attrattive intermolecolari devono essere superate per vaporizzare il liquido come per discioglierlo.

Consideriamo infatti cosa accade quando due liquidi diversi vengono mescolati: le molecole di ogni liquido sono separate fisicamente dalle molecole dell’altro liquido in modo analogo a quanto avviene durante la vaporizzazione e le stesso forze intermolecolari di van der Waals devono essere superate in entrambi i casi. Poiché la solubilità di due materiali è possibile solo quando le loro forze attrattive intermolecolari sono simili ci si può aspettare che i materiali aventi simili densità di energia coesiva siano miscibili.

Nel 1936 il chimico statunitense Joel Henry Hildebrand propose un parametro detto parametro di Hildebrand δ che è un valore numerico indicante il comportamento di solvibilità di uno specifico solvente dato dalla relazione:

δ =√c = (ΔH – RT/V_m)^1/2   (2)

Tabella

I valori del parametro di Hildebrand vengono riportati in apposite tabelle come, ad esempio, la seguente:

Sulla base di questi parametri un soluto presenta una completa solubilità in un dato solvente se ha un valore di δ il più possibile uguale a quello del solvente.

Applicazioni

Il parametro di Hildebrand ha un’ampia gamma di applicazioni nell’industria e nella ricerca. Viene utilizzato per prevedere la solubilità di diverse sostanze nei solventi, il che è importante in settori quali quello farmaceutico, cosmetico e delle vernici. 

Ad esempio, se la molecola di un farmaco ha un HSP elevato, è probabile che si dissolva in solventi polari come l’acqua, mentre se ha un HSP basso, è più probabile che si dissolva in solventi non polari come gli oli.

Viene inoltre utilizzato anche per progettare nuovi materiali con proprietà specifiche. Ad esempio, se un polimero ha un parametro di Hildebrand simile a quello di un particolare solvente, è probabile che si dissolva in quel solvente, il che può essere utile per realizzare rivestimenti e adesivi. L’HSP può essere utilizzato anche per prevedere la compatibilità di diversi polimeri, il che è importante in settori quali il riciclaggio e la gestione dei rifiuti.