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套用，並且可以用於預測特定情況下化合物的溶解度。

基本介紹

• 中文名：溶解平衡
• 解釋：固體質量、離子濃度不變的狀態
• 平衡常數：叫做溶度積
• 屬性：動態平衡

簡介

溶解平衡能作用於化合物的套用。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）。

非離子化合物

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）：

K是平衡常數，花括弧代表相應物質的活度，而根據定義，固體物質的活度是1。如果離子氛之間的作用可以忽略（一種常見的情形是溶液的濃度極低時），則活度也可用濃度代替：

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25℃時，當標準濃度為1mol/L時，蔗糖的K=1.971，這是在25℃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

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K_sp，即溶度積。硫酸鈣的溶度積為4.93×10^-5。如果溶液中只含硫酸鈣，即只含由其電離出的Ca和SO₄，那么每種離子的濃度為：

當一種溶質電離為計量數不相等的幾部分時：

K_sp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，x+y），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；K_sp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；M_M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。

同離子效應

同離子效應是指溶解平衡依據勒沙特列原理發生的移動。在上例中，如向飽和的硫酸鈣溶液中加入硫酸根離子（即加入易溶的硫酸鹽，如硫酸鈉等）會造成硫酸鈣沉澱，直到離子濃度的乘積再次滿足溶度積為止。

鹽效應

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K_sp保持不變，溶解度也會發生改變（默認固體的活度依舊為1）。