溶解平衡

化合物溶解的化学平衡

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25℃时，当标准浓度为1mol/L时，蔗糖的K=1.971，这是在25℃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Ksp，即溶度积。硫酸钙的溶度积为4.93×10-5。如果溶液中只含硫酸钙，即只含由其电离出的Ca和SO4，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：

Ksp的确定会稍有复杂。对于如下电离过程：

溶度积和溶解度的关系由以下方程确定：

其中：n是电离方程右边的总计量数（对上例，x+y），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；Ksp是溶度积，(mol/kg)；C是化合物A的溶解度（A的质量比溶液的质量），无量纲；MM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。