Химическое равновесие и растворимость

Напомним, что образование раствора регулируется энтропией смешивания, ΔS_{смешивания}. Связанная с этим свободная энергия смешивания, ΔG_{смешивания}, выражается подстановкой ΔS_в уравнение свободной энергии Гиббса.

Поскольку _{смешивание} ΔS не зависит от межмолекулярных взаимодействий, изменения энергии, связанные с этими взаимодействиями, игнорируются, и значение _{смешивания} ΔH в уравнении равно 0. Таким образом, _{смешивание} Δ G равно отрицательному T умноженному на ΔS_{смешиванию}.

Изменение свободной энергии, связанное с растворением растворенного вещества в литре растворителя, называется свободной энергией раствора, ΔG-раствора. Математически она выражается как сумма свободной энергии смешивания, ΔG-смешивания, и свободной энергии взаимодействия, ΔG-взаимодействия, между составляющими его частицами.

Если взаимодействия растворитель-растворенное вещество не могут преодолеть взаимодействия растворенное вещество и растворитель-растворитель, _то взаимодействие ΔG больше 0.

Если _{взаимодействие} ΔG достаточно велико, _{то решение} ΔG больше нуля. По мере увеличения _{количества} раствораΔG количество растворенного вещества, растворяемого в растворителе, уменьшается.

Напротив, если _{взаимодействие} ΔG пренебрежимо мало, то общий _{раствор} ΔG равен_{смешиванию} ΔG, и растворенное вещество полностью растворяется в растворителе.

Рассмотрите возможность растворения пентана в гексане. Гексан-пентановые притяжения в растворе заменяют некоторые пентан-пентановые и гексан-гексановые притяжения в чистой жидкости. Поскольку обе молекулы относятся к одному типу, _{взаимодействие} ΔG близко к 0, преобладает _{смешивание} ΔG, и образуется раствор.

Образование раствора зависит от баланса между _{взаимодействием} ΔG и _{смешиванием} ΔG. Раствор может образоваться, даже если _{взаимодействие} ΔG положительное, при условии, что оно не слишком высокое.

Короче говоря, образование раствора благоприятно, если _{раствор} ΔG меньше 0, тогда как неблагоприятно, если _{раствор} ΔG больше 0.