Équilibres chimiques et de solubilité

Rappelons que la formation de la solution est régulée par l’entropie du mélange, ΔS_mélange. L’énergie libre associée au mélange, le _mélange ΔG, est exprimée en substituant le _mélange ΔS dans l’équation de l’énergie libre de Gibbs.

Étant donné que le _mélange ΔS est indépendant des interactions intermoléculaires, les changements d’énergie associés à ces interactions sont négligés, et la valeur du _mélange ΔH dans l’équation est 0. Ainsi, _{le mélange} ΔG est égal à moins T fois le _mélange ΔS.

La variation d’énergie libre associée à la dissolution d’un soluté dans un litre de solvant est appelée énergie libre d’une solution, _solution ΔG. Mathématiquement, elle s’exprime comme la somme de l’énergie libre de mélange, ΔG de _mélange, et de l’énergie libre d’interaction, ΔG interaction, entre les particules composantes.

Si les interactions solvant-soluté ne peuvent pas surmonter les interactions soluté-soluté et solvant-solvant, _{l’interaction} ΔG est supérieure à 0.

Si _{l’interaction} ΔG est suffisamment grande, la _solution ΔG est supérieure à zéro. À mesure que la _solution de ΔG augmente, la quantité de soluté qui se dissout dans un solvant diminue.

En revanche, si _{l’interaction} ΔG est négligeable, la _solution globale de ΔG est égale _{au mélange} de ΔG, et le soluté se dissout complètement dans le solvant.

Envisagez de dissoudre le pentane dans l’hexane. Les attractions hexane-pentane dans la solution remplacent certaines des attractions pentane-pentane et hexane-hexane dans le liquide pur. Comme les deux molécules sont du même type, _{l’interaction} ΔG est proche de 0, le _mélange ΔG domine et une solution se forme.

La formation de la solution dépend de l’équilibre entre _{l’interaction} ΔG et le _mélange ΔG. Une solution peut se former même si _{l’interaction} ΔG est positive, à condition qu’elle ne soit pas trop élevée.

En bref, la formation d’une solution est favorable si la _solution de ΔG est inférieure à 0, alors qu’elle est défavorable si la _solution de ΔG est supérieure à 0.