溶解平衡是一种关于化合物溶解的 化学平衡 。溶解平衡能作用于化合物的应用,并且可以用于预测特定情况下化合物的 溶解度 。
简介
溶解平衡能作用于化合物的应用。溶解的固体可以是 共价化合物 ( 有机化合物 :糖和 无机化合物 : 氯化氢 )或 离子化合物 (如食盐,即 氯化钠 ),它们溶解时的主要区别是离子化合物会在溶于水时 电离 为离子(部分共价化合物亦可,如醋酸、氯化氢、 硝酸 、 醋酸铅 等)。水是最常用的 溶剂 ,但同样的原则适用于任何溶剂。
在 环境科学 中,溶解在水中的全部固体物质(无论是否达到饱和)的浓度被称为总溶解固体(TDS)。
非离子化合物
有机固体的溶解平衡是其固态部分与溶解部分之间的平衡:
而平衡表达式可以如下所写(这适用于任何此类反应):
K是平衡常数,花括号代表相应物质的活度,而根据定义,固体物质的活度是1。如果离子氛之间的作用可以忽略(一种常见的情形是溶液的浓度极低时),则活度也可用浓度代替:
方括号代表 摩尔 浓度(通常用M表示)。
这个表达式是说在达到溶解平衡时,水中含有的已溶解的糖的浓度等于K。在 时,当标准浓度为1mol/L时, 蔗糖 的 ,这是在 时能溶解的蔗糖的最大量,这时的溶液被称为“饱和的”。如果当前溶液浓度低于饱和浓度,固体会继续溶解直到两者 相等 或所有固体均已经溶解;如果当前溶液浓度高于饱和浓度,这时的溶液是“过饱和的”,溶液中的蔗糖将会以固体形式析出,直到两者相等。这个过程可能是缓慢的,但是平衡常数描述的是体系平衡时的状态,不是体系达到平衡的速度。
离子化合物
离子化合物 在溶解时通常会发生 电离 ,即在水的作用下解离为离子。例如 硫酸钙 :
对上例而言,平衡表达式为:
K被称作平衡常数,而花括号代表活度。固态物质的活度,根据定义,等于1。当溶液的浓度极低,即离子的活度可以看做1时,这个表达式可以改写为以下的“溶度积”表达式:
这个表达式说明了 硫酸钙 的 水溶液 达平衡时,由硫酸钙 电离 出的两种离子浓度的乘积等于 ,即溶度积。 硫酸钙 的溶度积为 。如果溶液中只含硫酸钙,即只含由其 电离 出的Ca和 ,那么每种离子的浓度为:
当一种溶质电离为计量数不 相等 的几部分时:
的确定会稍有复杂。对于如下 电离 过程:
其中:n是电离方程右边的总计量数(对上例, ),无量纲;x是所有阳离子的总计量数,无量纲;y是所有 阴离子 的总计量数,无量纲; 是溶度积,( 摩尔 /kg);C是化合物A的溶解度(A的质量比溶液的质量),无量纲; 是化合物A的 摩尔质量 ,kg/mol。
上述 方程 假设 电离 过程发生在纯 溶剂 (无同离子效应发生),亦不存在络合和 水解 (即溶液中只存在B和C),且浓度小到离子活度可被认为等于1。
同离子效应
同离子效应是指溶解平衡依据勒沙特列原理发生的移动。在上例中,如向饱和的 硫酸钙 溶液中加入 硫酸根 离子(即加入易溶的 硫酸盐 ,如 硫酸钠 等)会造成硫酸钙沉淀,直到离子浓度的乘积再次满足溶度积为止。
盐效应
盐效应是指溶液中存在的其它盐,即使没有相同的离子,也会对离子强度造成影响,进而影响离子活度。因此即使 保持不变, 溶解度 也会发生改变(默认固体的活度依旧为1)。