化学平衡論と溶解度平衡

溶液の形成は、混合のエントロピー、ΔS_混合によって調節されることを思い出してください。撹拌の関連自由エネルギーであるΔG_撹拌は、ギブス自由エネルギー方程式にΔS_撹拌を代入することによって表されます。

ΔS_の混合は分子間相互作用に依存しないため、これらの相互作用に関連するエネルギー変化は無視され、方程式のΔH_の混合の値は0です。したがって、ΔG_の混合は、負のT×ΔS_の混合に等しくなります。

溶質を1リットルの溶媒に溶解することに伴う自由エネルギーの変化は、溶液ΔG_溶液の自由エネルギーと呼ばれます。数学的には、成分粒子間の混合の自由エネルギーであるΔG_の混合と相互作用の自由エネルギーであるΔG_{の相互作用}の合計として表されます。

溶媒-溶質相互作用が溶質-溶質および溶媒-溶媒相互作用に打ち勝つことができない場合、ΔG_相互作用は0より大きくなります。

ΔG_{の交互作用}が十分に大きい場合、ΔG_の解はゼロより大きくなります。ΔG_溶液が増加すると、溶媒に溶解する溶質の量が減少します。

対照的に、ΔG_{の相互作用}が無視できるほど小さい場合、全体のΔG_溶液はΔG_の混合に等しくなり、溶質は溶媒に完全に溶解します。

ペンタンをヘキサンに溶かすことを検討してください。溶液中のヘキサン-ペンタン引力は、純粋な液体中のペンタン-ペンタンおよびヘキサン-ヘキサン引力の一部を置き換えます。両方の分子が同じタイプであるため、ΔG_相互作用は0に近く、ΔG_混合が支配的であり、溶液が形成されます。

溶液の形成は、ΔG_相互作用とΔG_混合のバランスに依存します。ΔG_相互作用が正の場合でも、高すぎない限り、解が形成されます。

要するに、ΔG_の解が0より小さい場合は溶液の形成が有利であり、ΔG_の解が0より大きい場合は好ましくありません。