Równowaga chemiczna i równowaga rozpuszczalności

Przypomnijmy, że tworzenie roztworu jest regulowane przez entropię mieszania, _mieszanie ΔS. Związana z tym energia swobodna mieszania, _mieszanie ΔG, jest wyrażona przez podstawienie mieszania ΔS w równaniu energii swobodnej Gibbsa.

Ponieważ _mieszanie ΔS jest niezależne od oddziaływań międzycząsteczkowych, zmiany energii związane z tymi oddziaływaniami są pomijane, a wartość _mieszania ΔH w równaniu wynosi 0. Zatem _mieszanie ΔG jest równe ujemnemu T razy ΔS_mieszaniu.

Zmiana energii swobodnej związana z rozpuszczeniem substancji rozpuszczonej w litrze rozpuszczalnika nazywana jest swobodną energią roztworu, _roztworu ΔG. Matematycznie jest ona wyrażona jako suma swobodnej energii mieszania, _mieszania ΔG i swobodnej energii oddziaływania, _{oddziaływania} ΔG, między cząstkami składowymi.

Jeżeli oddziaływania rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona nie mogą przezwyciężyć oddziaływań substancja rozpuszczona-substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik-rozpuszczalnik, _{oddziaływanie} ΔG jest większe niż 0.

Jeśli _{oddziaływanie} ΔG jest wystarczająco duże, _roztwór ΔG jest większy od zera. Wraz ze wzrostem _{zawartości roztworu} ΔG zmniejsza się ilość substancji rozpuszczonej, która rozpuszcza się w rozpuszczalniku.

W przeciwieństwie do tego, jeśli _{oddziaływanie} ΔG jest znikome, całkowity _roztwór ΔG jest równy _mieszaniu ΔG, a substancja rozpuszczona całkowicie rozpuszcza się w rozpuszczalniku.

Rozważ rozpuszczenie pentanu w heksanie. Przyciąganie heksanu-pentanu w roztworze zastępuje niektóre przyciągania pentanu-pentanu i heksanu-heksanu w czystej cieczy. Ponieważ obie cząsteczki są tego samego typu, _{oddziaływanie} ΔG jest bliskie 0, dominuje _mieszanie ΔG i powstaje roztwór.

Tworzenie roztworu zależy od równowagi między _{oddziaływaniem} ΔG a _mieszaniem ΔG. Roztwór może powstać nawet wtedy, gdy _{oddziaływanie} ΔG jest dodatnie, pod warunkiem, że nie jest zbyt wysokie.

Krótko mówiąc, tworzenie roztworu jest korzystne, jeśli _roztwór ΔG jest mniejszy niż 0, podczas gdy jest niekorzystne, jeśli _roztwór ΔG jest większy niż 0.