Растворимость, способность вещества образовывать с другим веществом (или веществами) гомогенные смеси с дисперсным распределением компонентов (см. Растворы). Обычно растворителем считают вещество, которое в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и образовавшийся раствор. Если до растворения оба вещества находились в одном и том же агрегатном состоянии, растворителем считается вещество, присутствующее в смеси в существенно большем кол-ве.
Растворимость определяется физическим и химическим сродством молекул растворителя и растворяемого вещества, соотношением энергий взаимодействием однородных и разнородных компонентов раствора. Как правило, хорошо растворимы друг в друге подобные по физ. и хим. свойствам вещества (эмпирич. правило "подобное растворяется в подобном"). В частности, вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типом связи хорошо раств. в полярных растворителях (воде, этаноле, жидком аммиаке), а неполярные вещества хорошо раств. в неполярных растворителях (бензоле, сероуглероде).
Согласно теории, предложенной Дж. Гильдебрандом (1935), взаимная растворимость неэлектролитов возрастает с уменьшением разности их параметров растворимости d=(Е/V)1/2, где Е-теплота испарения, V-полярный объем. Параметр растворимости - одно из осн. понятий, определяющих когезионные свойства веществ в конденсир. состояниях; важная технол. характеристика полимеров и растворителей, лакокрасочных материалов и т.п. (см. Когезия). Р. мн. электролитов возрастает пропорционально кубу диэлектрич. проницаемости растворителя. Обычно более растворимы электролиты с большей склонностью к сольватации растворителем; образование кристаллогидратов обычно увеличивает растворимость солей.
Растворимость данного вещества зависит от температуры и давления соответствует общему принципу смещения равновесий (см. Ле Шателье-Брауна принцип). Концентрация насыщенного раствора при данных условиях численно определяет Р. вещества в данном растворителе и также наз. растворимостью. Пересыщенные растворы содержат большее кол-во растворенного вещества, чем это соответствует его растворимости, существование пересыщенных растворов обусловлено кинетич. затруднениями кристаллизации (см. Зарождение новой фазы). Для характеристики растворимости малорастворимых веществ используют произведение активностей ПА (для растворов, близких по своим свойствам к идеальному - произведение растворимости ПР).
Растворениегазов в воде-экзотермич. процесс, поэтому с ростом температуры Р. газов в воде уменьшается. В орг. растворителях газы часто раств. с поглощением тепла и с ростом температуры растворимость газов повышается. В некоторых случаях на кривых зависимости растворимости газов от температуры наблюдается минимум (напр., система водород-вода). При постоянной температуре в случае образования идеального разбавленного бинарного раствора неэлектролита растворимость газа (молярная доля в растворе) пропорциональна его парциальному давлению над раствором (см. Генри закон). С ростом давления для определения Р. газа необходимо учитывать отклонение его свойств от свойств идеального газа, что достигается заменой парциального давлениялетучестью.
Системы жидкость - жидкость (жидкие смеси) различаются по следующим типам: жидкости смешиваются друг с другом во всех отношениях (напр., система вода - этанол); жидкости практически нерастворимы друг в друге (вода-ртуть); жидкости частично растворимы друг в друге (вода-диэтиловый эфир). С ростом температуры взаимная Р. жидкостей в большинстве случаев увеличивается и, если не достигается температура кипения, существует температура, при которой обе жидкости смешиваются друг с другом в любых соотношениях, - так называемая критическая температура растворимости, или верхняя критическая точка смешения (ВКТС). Если достигается температура кипения, осуществляется трехфазное равновесие с участием паровой фазы и двух жидких фаз-паровая эвтектика или паровая перитектика. В некоторых системах взаимная растворимость повышается с понижением температуры и возможно достижение нижней критической температуры смешения (HKTС). Известны системы (напр., вода-трибутилфосфиноксид), где имеется и верхняя и нижняя критические точки (см. Критическое состояние). Обычно область расслаивания жидкой смеси при понижении температуры пересекается с линией ликвидуса с образованием монотектич. или синтектич. фазового равновесия (см. Диаграмма состояния).
Влияние давления на растворимость зависит от того, как изменяется с давлением молярный объем вещества и его парциальный молярный объем в растворе. Если при некотором давлении молярный объем вещества становится меньше его парциального молярного объема, растворимость вещества с ростом давления снижается. Такая закономерность характерна для неполярных растворителей; например, растворимость гексахлорэтана в сероуглероде при 500 МПа меньше, чем при 0,1 МПа, в 15 раз. Для газов при высоких давлениях на кривой зависимости растворимости от давления имеется максимум. Для электролитов на зависимость растворимости от давления сказывается изменение молярного объема вследствие сольватацииионовмолекулами растворителя. Взаимная растворимость жидкостей мало зависит от давления, зависимость становится заметной при давлениях порядка неск. ГПа.
Вещество, способное растворяться в двух неограниченно смешивающихся друг с другом растворителях, распределяется между ними так, что отношение его активностей в этих растворителях а1 и а2 при постоянной температуре остается постоянным, независимо от общего кол-ва растворенного вещества: a1/a2 = К, где К - коэффициент распределения (закон Бертло-Нернста). Для сильно разбавленных растворов вместо отношения активностей компонентов можно записать отношение их концентраций.
Растворениетвердых тел в жидкостях может сопровождаться поглощением тепла, в этом случае повышение температуры приводит к увеличению растворимости Если образуется идеальный раствор, зависимость растворимости от температуры записывается уравнением Шредера
где DHпл и Тпл - энтальпия плавления и температура плавления растворенного вещества. Если энергия сольватации больше энергии, необходимой для разрушения кристаллической решетки, растворение является экзотермическим процессом и растворимость с ростом температуры понижается. У некоторых веществ (напр., гипс) наблюдается минимум на кривой зависимости растворимости от температуры. При образовании твердых растворов максимум растворимости достигается, как правило, при температуре трехфазного равновесия - эвтектического или перитектического. Но в некоторых системах максимум растворимость отвечает более высокой температуре (системы с ретроградной растворимостью).
Растворимость изучают изотермическими или политермическими методами (см. Термический анализ). Полученные результаты представляют в виде диаграмм расвторимости, которые являются частным случаем диаграммы состояния. Объемное изображение фазовых состояний системы в пространстве параметров состояния (температуры и составов различных фаз) сводят специальными приемами к фигурам на плоскости. Для тройной системы из двух солей и воды используют обычный концентрационный треугольник, вершины которого отвечают чистым компонентам (см. Многокомпонентные системы). Применяют также изображение растворимости по способу Шрейнемакерса (Ф. Схрейнемакерс), при котором вершина прямоугольной системы координат отвечает чистой воде, а по обеим осям откладывают концентрациисолей, выраженные кол-вом той или другой соли на определенное кол-во воды (1 моль). Точки, отвечающие чистым солям, лежат в бесконечности (см. рис. а). Др. прием построения диаграмм растворимости на плоскости - способ Йенеке (см. рис. б): на оси абсцисс отражается состав солевой массы раствора, т.е. соотношение концентрацийсолей, а по оси ординат откладывается кол-во воды на определенное кол-во растворенных веществ (напр., 1 моль). В этом способе в бесконечности находится точка, отвечающая чистой воде. На диаграммах (см. рис. а и б) буквой Ж обозначено фазовое поле гомог. системы (р-ра), Ж+А и Ж+В- фазовые поля пересыщенных растворов, Ж + А + В - тройная пересыщенная система; линии А'E отвечают растворам, насыщ. компонентом А (концентрация насыщения при данном содержании В), линии ЕB'-р-рам, насыщенным компонентом В, Е-эвтонич. точка системы (эвтоника), отвечающая составу раствора, насыщенного двумя компонентами (аналог эвтектики на диаграммах плавкости). Точка эвтоники характеризуется макс. концентрацией растворенных веществ в растворе, миним. парциальным давлениемпара растворителя над раствором, постоянством состава раствора и давленияпара при изотермич. испарении вплоть до окончат. высыхания системы.
Изотермическая диаграмма растворимости тройной системы соль А - соль В - вода с изображением по способу Шрейнемакерса (а) и по способу Йенеке (б). Пояснения в тексте.
Использование диаграмм расвторимости позволяет установить сосуществующие фазы при данной температуре и соответствующие им составы растворов, провести расчеты процессов испарения, кристаллизации из растворов и т. п., что необходимо для обоснования многих технологических схем. Например, диаграмма растворимости системы KCl-NaCl-H2O является основой технологии переработки сильвинитов, системы K2SO4-MgCl2-H2O-переработки полиминеральных галургических руд.
