1. Natura non polare: L’azoto è una molecola non polare, ovvero priva di una carica elettrica significativa. L'acqua, invece, è una molecola polare con una carica parziale positiva sugli atomi di idrogeno e una carica parziale negativa sull'atomo di ossigeno. Le molecole non polari generalmente non interagiscono fortemente con le molecole polari, portando ad una solubilità limitata.
2. Forze intermolecolari forti: Le molecole di azoto hanno forti forze intermolecolari note come forze di van der Waals. Queste forze nascono dall'attrazione tra le regioni leggermente positive e negative delle molecole vicine. La forza di queste forze tra le molecole di azoto le mantiene strettamente legate insieme, riducendo la capacità delle molecole d’acqua di penetrare e dissolvere il gas di azoto.
3. Bassa polarizzabilità: La polarizzabilità si riferisce alla capacità di una molecola di distorcere la sua nuvola di elettroni in risposta a un campo elettrico. Le molecole di azoto hanno una bassa polarizzabilità, il che significa che non vengono facilmente deformate o distorte dal campo elettrico delle molecole d'acqua. Ciò indebolisce ulteriormente le interazioni tra azoto e acqua, con conseguente ridotta solubilità.
4. Punto di ebollizione elevato: L'azoto ha un punto di ebollizione relativamente alto (-195,8°C) rispetto ad altri gas come l'ossigeno e l'anidride carbonica. Il punto di ebollizione di una sostanza è un indicatore dell'intensità delle sue forze intermolecolari. Il punto di ebollizione più elevato dell'azoto suggerisce forze intermolecolari più forti, che ne rendono meno probabile la dissoluzione in acqua.
5. Energia di idratazione: L'energia di idratazione si riferisce all'energia rilasciata quando ioni o molecole polari interagiscono con le molecole d'acqua e vengono circondate da un guscio di idratazione. L'azoto, essendo una molecola non polare, non subisce un'idratazione significativa. La mancanza di interazioni favorevoli all'idratazione contribuisce ulteriormente alla sua bassa solubilità in acqua.
A differenza dell’azoto, gas come l’ossigeno e l’anidride carbonica sono più solubili in acqua a causa della loro maggiore polarità, delle forze intermolecolari più deboli, dei punti di ebollizione più bassi e delle interazioni di idratazione più favorevoli.
