溶解平衡
溶解平衡
溶解平衡是一種關於化合物溶解的化學平衡。溶解平衡能作用於化合物的應用,並且可以用於預測特定情況下化合物的溶解度。
溶解平衡能作用於化合物的應用。溶解的固體可以是共價化合物(有機化合物:糖和無機化合物:氯化氫)或離子化合物(如食鹽,即氯化鈉),它們溶解時的主要區別是離子化合物會在溶於水時電離為離子(部分共價化合物亦可,如醋酸、氯化氫、硝酸、醋酸鉛等)。水是最常用的溶劑,但同樣的原則適用於任何溶劑。
在環境科學中,溶解在水中的全部固體物質(無論是否達到飽和)的濃度被稱為總溶解固體(TDS)。
有機固體的溶解平衡是其固態部分與溶解部分之間的平衡:
而平衡表達式可以如下所寫(這適用於任何此類反應):
方括弧代表摩爾濃度(通常用M表示)。
這個表達式是說在達到溶解平衡時,水中含有的已溶解的糖的濃度等於K。在時,當標準濃度為1mol/L時,蔗糖的,這是在時能溶解的蔗糖的最大量,這時的溶液被稱為“飽和的”。如果當前溶液濃度低於飽和濃度,固體會繼續溶解直到兩者相等或所有固體均已經溶解;如果當前溶液濃度高於飽和濃度,這時的溶液是“過飽和的”,溶液中的蔗糖將會以固體形式析出,直到兩者相等。這個過程可能是緩慢的,但是平衡常數描述的是體系平衡時的狀態,不是體系達到平衡的速度。
離子化合物在溶解時通常會發生電離,即在水的作用下解離為離子。例如硫酸鈣:
對上例而言,平衡表達式為:
K被稱作平衡常數,而花括弧代表活度。固態物質的活度,根據定義,等於1。當溶液的濃度極低,即離子的活度可以看做1時,這個表達式可以改寫為以下的“溶度積”表達式:
這個表達式說明了硫酸鈣的水溶液達平衡時,由硫酸鈣電離出的兩種離子濃度的乘積等於,即溶度積。硫酸鈣的溶度積為。如果溶液中只含硫酸鈣,即只含由其電離出的Ca和,那麼每種離子的濃度為:
當一種溶質電離為計量數不相等的幾部分時:
的確定會稍有複雜。對於如下電離過程:
溶度積和溶解度的關係由以下方程確定:
其中:n是電離方程右邊的總計量數(對上例,),無量綱;x是所有陽離子的總計量數,無量綱;y是所有陰離子的總計量數,無量綱;是溶度積,(mol/kg);C是化合物A的溶解度(A的質量比溶液的質量),無量綱;是化合物A的摩爾質量,kg/mol。
上述方程假設電離過程發生在純溶劑(無同離子效應發生),亦不存在絡合和水解(即溶液中只存在B和C),且濃度小到離子活度可被認為等於1。
鹽效應是指溶液中存在的其它鹽,即使沒有相同的離子,也會對離子強度造成影響,進而影響離子活度。因此即使保持不變,溶解度也會發生改變(默認固體的活度依舊為1)。