液体形成の熱力学

溶質と溶媒が混ざり合って溶液を形成するとき、その構成分子間には大きく分けて3つの力、すなわち溶質分子間の引力、溶媒分子間の引力、溶媒と溶質分子との間の引力があります。

溶質が溶媒に溶解するためには、溶質粒子間の溶質-溶質相互作用を乱して、溶質と溶媒粒子との間の相互作用点を増やす必要があります。

溶媒分子間の溶媒粒子を収容するために、溶媒粒子間の溶媒相互作用を妨害する必要があります。

物質が混合できるように、溶媒と溶質粒子との間の溶媒-溶質相互作用を確立する必要があります。

溶質が溶媒に溶解する程度は、これら3種類の相互作用が互いにどれだけ強いかによって異なります。

溶媒-溶質相互作用が溶質-溶質および溶媒-溶媒相互作用を克服するのに十分なほど強い場合、溶質は溶媒に容易に溶解します。

溶解度は、溶質分子と溶媒分子の間の分子間力と、システムのエントロピーの増加によって駆動される混合傾向の両方に依存します。

溶液形成は原子の位置エネルギーを低下させるのではなく、原子の運動エネルギーをより大きな体積に分配します。このエネルギーの分散により、各フェーズのエントロピーが増加し、溶液の形成が自発的なプロセスになります。

溶質-溶質および溶媒-溶媒粒子の相互作用の破壊には、それらの間の引力を克服するためのエネルギーの入力が必要であり、これらのステップは本質的に吸熱性になります。

一方、溶質粒子と溶媒粒子の混合は、溶質粒子と溶媒粒子との間の引力相互作用がエネルギーを放出するため、発熱ステップです。

解の正味エンタルピー変化は、各ステップでのエンタルピー変化の合計です。正味のエンタルピー変化が負の場合、プロセスは発熱性であり、正味のエンタルピー変化が正の場合、プロセスは吸熱性です。