将溶质溶解在一升溶剂中所伴随的自由能变化称为溶液的自由能,ΔGsolution。 总体 ΔGsolution 表示为 ΔGinteraction 与始终有利的混合自由能 ΔGmixing 之间的平衡。 如果 ΔGsolution 小于零,则溶液形成是有利的,而如果 ΔGsolution 大于零,则不利。 简而言之,为了形成溶液并实现完全溶解,吉布斯能量变化必须为负值。 溶质在溶剂中的溶解量取决于组分之间分子间力的强度, 这种性质称为溶解度。
除了混合自由能之外,非共价相互作用也有助于溶液的形成。能够形成氢键的物质称为极性物质。 在这种情况下,溶质颗粒与溶剂颗粒的偶极-偶极吸引力与纯溶质或溶剂中分子之间的偶极-偶极吸引力一样强。 因此,两种分子很容易混合。 同样,非极性液体可以相互混溶,因为溶质-溶质、溶剂-溶剂以及溶质-溶剂分子间吸引力的强度没有明显差异。 如果溶质和溶剂之间的分子间吸引力与纯液体中的吸引力类似,则 Δ Ginteraction可以忽略不计。 总体 ΔGsolution 等于 ΔGmixing,并且溶质能够完全溶解在溶剂中。 然而,如果两种明显不同的物质混合,溶液形成的概率取决于ΔGinteraction和ΔGmixing之间的平衡。 即使 ΔGinteraction 为正,只要它的值不太高,它们仍然可以形成溶液。
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