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[[File:SaltInWaterSolutionLiquid.jpg|thumb|食盐（氯化钠）易溶于水]]
'''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[[溶解性|溶解度]]。

溶解的[[固体]]可以是[[共价化合物]]（[[有机化合物]]：[[糖类|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[[饱和溶液|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：

:<math>\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}}(s) \rightleftharpoons \mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}}(aq)</math>

而[[平衡表达式]]可以如下所写（这适用于任何此类反应）：

:<math>K = \frac{\left\{\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}}(aq)\right\}}{ \left \{\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}}(s)\right\}}</math><ref name='Atkins'>{{cite book|author=Atkins|title=Physical Chemistry|year=1998|url=https://archive.org/details/physicalchemistr0006atki}}</ref>

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：

:<math>K_s = \left[\mathrm{{C}_{12}{H}_{22}{O}_{11}}(aq)\right]\,</math>

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]]：

:<math>\mathrm{CaSO}_4(s) \rightleftharpoons \mbox{Ca}^{2+}(aq) + \mbox{SO}_4^{2-}(aq)\,</math>

对上例而言，[[平衡表达式]]为：

:<math>K = \frac{\left\{\mbox{Ca} ^{2+}(aq)\right\}\left\{\mbox{SO}_4^{2-}(aq)\right\}}{ \left\{\mbox{CaSO}_4(s)\right\}}</math><ref name='Atkins' />

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：

:<math>K_{\mathrm{sp}} = c({Ca}^{2+}(aq))\cdot c({SO}_4^{2-}(aq)).</math>

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K<sub>sp</sub>，即溶度积。硫酸钙的溶度积为4.93×10<sup>−5</sup>。如果溶液中只含硫酸钙，即只含由其电离出的Ca<sup>2+</sup>和SO<sub>4</sub><sup>2−</sup>，那么每种离子的浓度为：

:<math>\sqrt{ K_{\mathrm{sp}}}=\sqrt{4.93\times10^{-5}}=7.02\times10^{-3}=c({Ca}^{2+})=c({SO}_4^{2-}).</math>

当一种溶质电离为[[计量数]]不相等的几部分时：

:<math>\mathrm{Ca(OH)_2}(s) \rightleftharpoons \mbox{Ca}^{2+}(aq) + \mbox{2OH}^{-}(aq)\,</math>,

K<sub>sp</sub>的确定会稍有复杂。对于如下电离过程：

:<math>\mathrm{A}(s) \rightleftharpoons \mbox{xB}^{p+}(aq) + \mbox{yC}^{q-}(aq)\,</math>

溶度积和溶解度的关系由以下方程确定：

:<math>\sqrt[n]{K_{\mathrm{sp}} \over {x^x \cdot y^y}} = {C \over M_M}</math>

其中：
*n是电离方程右边的总计量数（对上例，x+y），无[[因次分析|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；
*K<sub>sp</sub>是溶度积，(mol/kg)<sup>n</sup>；
*C是化合物A的溶解度（A的质量比溶液的质量），无量纲；
*M<sub>M</sub>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[[配位键|络合]]和[[水解]]（即溶液中只存在B<sup>p+</sup>和C<sup>q-</sup>），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<ref>{{cite book| title=Vogel's Quantitative Chemical Analysis, 6th edition| year=2000| url=https://archive.org/details/vogelstextbookof0000voge_b7c0| editor=J. Mendham, R.C. Denney, J.D. Barnes and M. Thomas| isbn=0-582 22628 7}}</ref> 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K<sub>sp</sub>保持不变，溶解度也会发生改变（默认固体的活度依旧为1）。

=== 状态效应 ===
在[[电离]]时，[[离子化合物]]通常[[解离]]成组成它们的[[离子]]，但这些离子在溶液中可能发生其它反应而改变他们的状态。在这类反应发生时，即使溶度积保持不变，溶解度也总会增加。例如碳酸钙的溶解平衡可表示为：

:<math>\mathrm{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \mbox{Ca}^{2+}(aq) + \mbox{CO}_3^{2-}(aq)\,</math>
:<math>K_{\mathrm{sp}} = \left[\mbox{Ca}^{2+}(aq)\right]\left[\mbox{CO}_3^{2-}(aq)\right].\,</math>

如果溶液的pH适合，[[碳酸根]]有可能变为[[碳酸氢盐|碳酸氢根]]，那么固体的[[溶解性|溶解度]]将会增加以确保溶度积保持不变。

相似地，如果一种[[络合剂]]（如[[EDTA]]）存在，溶解度亦会增加，因为钙离子会和EDTA发生配位，而配位的钙离子是不能参与溶解平衡的。

要正确地从溶度积推算溶解度，离子在溶液中可能发生的反应需要已知。如果没有这样做，推算可能会出现极大的误差。

=== 相效应 ===
平衡被定义为针对特定的[[物相]]，因此，对于固体的不同[[相 (物质)|相态]]，溶度积一般是不同的。例如，即便文石和方解石具有相同的化学性质（均为碳酸钙），它们还是有不同的[[溶度积]]。然而，在一定条件下，由于热力学因素，只有一个相态会是稳定的，因此这一相态会进入真正的平衡。

=== 粒子尺寸效应 ===
[[溶解度常数]]在热力学上定义作大的单晶参与平衡时的常数。当溶质[[基本粒子|粒子]]变小时，溶解度会增加，因为有额外的表面积能作用。这种效应通常很小，除非溶质颗粒变得非常小（接近于微米数量级）。粒子半径对溶解度的影响如下所示：

:<math>\log(^*K_{A}) = \log(^*K_{A \to 0}) + \frac{2 \gamma A_m} {3\ln(10)RT}</math>

在此，<math>^*K_{A}</math>是当溶质粒子[[摩尔表面积]]为A时的溶解度常数，<math>^*K_{A \to 0}</math>是当溶质粒子摩尔表面积趋于0时的溶解度常数（例如当溶质粒子非常大时），γ是溶质离子在溶剂中的[[表面張力|表面张力]]，A<sub>m</sub>是溶质的摩尔表面积（m<sup>2</sup>/mol），R是理想气体常数，T是绝对温度。<ref>Hefter, G.T., Tomkins, R.P.T. (editors), "The Experimental Determination of Solubilities", John Wiley and Sons, Ltd., 2003.</ref>.

== 溶解度常数 ==
大量化合物的溶解度常数已经通过实验确定，对于离子化合物，更常见的是[[溶度积]]。浓度单位除非另有说明均为[[摩尔 (单位)|摩尔]]，有时溶解度的单位也可能是[[克|g]]/[[升|L]]。

在25[[℃]]一些物质的溶解度常数<ref>{{cite book| title=CRC Handbook of Chemistry and Physics| editor=H.P.R. Frederikse, David R. Lide| isbn=0-8493-0478-4}}</ref><ref>{{Cite web |url=http://srdata.nist.gov/solubility/ |title=IUPAC-NIST solubility database |access-date=2009-07-10 |archive-date=2021-04-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210411012333/https://srdata.nist.gov/solubility/ |dead-url=no }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.csudh.edu/oliver/chemdata/data-ksp.htm |title=Solubility products of simple inorganic compounds |accessdate=2009-07-10 |archive-date=2006-05-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060525044457/http://www.csudh.edu/oliver/chemdata/data-ksp.htm |dead-url=no }}</ref>：
* [[碳酸钡]]: 2.60{{e|−9}}
* [[氯化亚铜]]: 1.72{{e|−7}}
* [[硫酸铅]]: 1.81{{e|−8}}
* [[碳酸镁]]: 1.15{{e|−5}}
* [[氯化银]]: 1.70{{e|−10}}
* [[溴化银]]: 7.7{{e|−13}}
* [[氢氧化钙]]: 8.0{{e|−6}}

== 參見 ==
{{portal|化學|Nuvola apps edu science.svg}}
* [[溶度积表]]
* [[溶解度]]
* [[溶解度表]]

== 参考资料 ==
{{reflist}}

== 外部链接 ==
* [http://academicearth.org/lectures/finding-solutions-solubility-equilibria UC Berkeley video lecture] {{Wayback|url=http://academicearth.org/lectures/finding-solutions-solubility-equilibria |date=20120830093910 }} on solubility equilibria
* [http://srdata.nist.gov/solubility/ IUPAC-NIST solubility database] {{Wayback|url=http://srdata.nist.gov/solubility/ |date=20210411012333 }}
* [http://www.csudh.edu/oliver/chemdata/data-ksp.htm Solubility products of simple inorganic compounds] {{Wayback|url=http://www.csudh.edu/oliver/chemdata/data-ksp.htm |date=20060525044457 }}
* [http://www-jmg.ch.cam.ac.uk/data/solubility/ Solubility challenge] {{Wayback|url=http://www-jmg.ch.cam.ac.uk/data/solubility/ |date=20210311165813 }} Predict solubilities from a data base of 100 molecules. The database, of mostly compounds of pharmaceutical interest, is available at [http://www-jmg.ch.cam.ac.uk/data/solubility/s100.txt One hundred molecules with solubilities (Text file, tab separated)] {{Wayback|url=http://www-jmg.ch.cam.ac.uk/data/solubility/s100.txt |date=20201205213813 }}.

{{溶液}}
{{化学平衡}}

[[Category:平衡化学]]
[[Category:溶液]]