2.6 : Chemische Gleichgewichte und Löslichkeitsgleichgewichte

Die Änderung der freien Energie, die mit der Auflösung einer gelösten Substanz in einem Liter Lösungsmittel einhergeht, wird als freie Energie einer Lösung, ΔG_Lösung, bezeichnet. Die Gesamt-ΔG_Lösung wird als Gleichgewicht der ΔG_{Wechselwirkung} gegenüber der stets günstigen freien Mischenergie, ΔG_Mischen, ausgedrückt. Die Lösungsbildung ist günstig, wenn ΔG_Lösung kleiner als Null ist, wohingegen sie ungünstig ist, wenn ΔGLösung größer als Null ist. Kurz gesagt, damit sich eine Lösung bilden und vollständig auflösen kann, muss die Änderung der Gibbs-Energie negativ sein. Die Menge, in der sich eine gelöste Substanz in einem Lösungsmittel löst, wird durch die Stärke der intermolekularen Kräfte zwischen den Komponenten bestimmt. Diese Auflösungseigenschaft wird als Löslichkeit bezeichnet.

Neben der freien Mischenergie tragen auch nichtkovalente Wechselwirkungen zur Lösungsbildung bei. Substanzen, die Wasserstoffbrückenbindungen bilden, werden als polare Substanzen bezeichnet. In solchen Fällen ist die Dipol-Dipol-Anziehung gelöster Teilchen mit Lösungsmittelteilchen genauso stark wie die zwischen Molekülen in einer reinen gelösten Substanz oder einem Lösungsmittel. Daher vermischen sich die beiden Arten von Molekülen leicht. Ebenso sind unpolare Flüssigkeiten miteinander mischbar, da es keinen nennenswerten Unterschied in der Stärke der intermolekularen Anziehungskräfte zwischen gelösten Substanzen, Lösungsmitteln sowie zwischen gelösten Substanzen und Lösungsmitteln gibt. Wenn ein Paar aus gelöster Substanz und Lösungsmittel ähnliche intermolekulare Anziehungskräfte aufweist wie eine reine Flüssigkeit, ist die ΔG_{Wechselwirkung} vernachlässigbar. Die Gesamt-ΔG_Lösung entspricht ΔG_Mischen, und die gelöste Substanz löst sich vollständig im Lösungsmittel. Wenn jedoch zwei deutlich unterschiedliche Substanzen gemischt werden, hängt die Wahrscheinlichkeit der Lösungsbildung vom Gleichgewicht zwischen ΔG_Interaktion und ΔG_Mischen ab. Sie können auch dann eine Lösung bilden, wenn die ΔG _{Wechselwirkung} positiv ist, sofern sie nicht zu hoch ist.