Chemische Gleichgewichte und Löslichkeitsgleichgewichte

Es sei daran erinnert, dass die Lösungsbildung durch die Entropie des Mischens, die Δ_S-Mischung, reguliert wird. Die assoziierte freie Energie des Mischens, Δ_G-Mischung, wird ausgedrückt, indem ΔS-Mischung in der Gibbs-Gleichung für freie Energie

eingesetzt wird.

Da die _{Δ S-Mischung} unabhängig von intermolekularen Wechselwirkungen ist, werden die mit diesen Wechselwirkungen verbundenen Energieänderungen vernachlässigt, und der Wert der _{Δ H-Mischung} in der Gleichung beträgt 0. Somit ist die _{Δ G-Mischung} gleich dem negativen T mal der _{Δ S-Mischung}.

Die Änderung der freien Energie, die mit dem Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Liter Lösungsmittel verbunden ist, wird als freie Energie einer Lösung, ΔG-Lösung, bezeichnet. Mathematisch ausgedrückt wird sie als die Summe der freien Energie des Mischens, ΔG_Mischen, und der freien Energie der Wechselwirkung, ΔG_{Wechselwirkung}, zwischen den Komponententeilchen ausgedrückt.

Wenn die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff die Wechselwirkungen zwischen gelöstem Stoff und Lösungsmittel nicht überwinden können, ist die _{Δ G-Wechselwirkung} größer als 0.

Wenn die _{Δ G-Wechselwirkung} groß genug ist, ist die Δ_G-Lösung größer als Null. Mit zunehmender Δ_G-Lösung nimmt die Menge des gelösten Stoffes, die sich in einem Lösungsmittel löst, ab.

Ist die _{Δ G-Wechselwirkung} dagegen vernachlässigbar, entspricht die _{Gesamt-Δ G-Lösung} der_{Δ G-Mischung}, und der gelöste Stoff löst sich vollständig im Lösungsmittel auf.

Erwäge, Pentan in Hexan aufzulösen. Hexan-Pentan-Anziehungspunkte in der Lösung ersetzen einige der Pentan-Pentan- und Hexan-Hexan-Anziehungspunkte in der reinen Flüssigkeit. Da beide Moleküle vom gleichen Typ sind, liegt die _{Δ G-Wechselwirkung} nahe 0, die _{Δ G-Mischung} dominiert und es entsteht eine Lösung.

Die Lösungsbildung hängt vom Gleichgewicht zwischen ΔG-Wechselwirkung und Δ_G-Mischung ab. Eine Lösung kann sich auch dann bilden, wenn die _{Δ G-Wechselwirkung} positiv ist, vorausgesetzt, sie ist nicht zu hoch.

Kurz gesagt, die Lösungsbildung ist günstig, wenn die ΔG-Lösung kleiner als 0 ist, während sie ungünstig ist, wenn die ΔG-Lösung größer als 0 ist.