Растворение твердого вещества в воде — это процесс, в ходе которого молекулы воды взаимодействуют с молекулами или ионами растворяемого вещества, приводя к его диссоциации и распределению в водном объеме. Физико-химические основы этого процесса включают в себя несколько ключевых аспектов:

Абиотические взаимодействия: При растворении твердого вещества в воде важную роль играют взаимодействия между молекулами воды и частицами растворяемого вещества. Вода — полярный растворитель, и она может осуществлять взаимодействие как с полярными, так и с ионными соединениями. Полярные молекулы воды могут обволакивать ионы или молекулы, разрывая связь между ними в твердом веществе.

Энергия растворения: Процесс растворения включает в себя изменения в энергии. Чтобы растворить соль, необходимо преодолеть силы, удерживающие ионы в кристаллической решетке (энергия решетки). При образовании новых взаимодействий между ионами и молекулами воды выделяется энергия (энтальпия растворения). Растворение возможно, если общий процесс сопровождается снижением свободной энергии, что можно описать уравнением Гиббса-Гельмгольца: ΔG = ΔH - TΔS, где ΔG — изменение свободной энергии, ΔH — изменение энтальпии, ΔS — изменение энтропии.

Температура: Температура влияет на растворимость веществ. При повышении температуры обычно увеличивается энтропия системы, что может способствовать растворимости. Однако, для некоторых солей, таких как сульфат бария (BaSO₄), растворимость уменьшается при повышении температуры, потому что процесс растворения эндотермический (потребляет тепло) а повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону образования твердой фазы.

Свойства конкретных солей: Существуют соли, для которых растворимость зависит от взаимодействий между ионами и молекулами воды, а также от величины постоянных ионного обмена. Например, некоторые соли (например, нитраты и хлориды) обычно растворяются лучше при повышении температуры, в то время как другие (например, карбонаты и сульфаты) могут растворяться хуже из-за специфики их кристаллической структуры и взаимодействия с молекулами воды.

Таким образом, различия в растворимости различных солей при изменении температуры вызваны как термодинамическими факторами, так и собственными химическими свойствами отдельных соединений.