Спонтанность растворения определяют свободная энергия, энтальпия и энтропия процесса, а также равновесная константа растворимости:
- Критерий спонтанности: $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$. Растворение спонтанно при $\Delta G<0$.
- Связь со степенью растворимости (константой равновесия $K$, для твердого электролита — $K_{sp}$): $\Delta G^{\circ }=-RT\ln K$.
- Зависимость константы растворимости от температуры — уравнение Ван-Гоффа: $\frac{d\ln K}{dT}=\frac{\Delta H^{\circ }}{R{T}^2}$, интегрированная форма $\ln \frac{K_2}{K_1}=-\frac{\Delta H^{\circ }}{R}(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1})$. Отсюда: если $\Delta H^{\circ }>0$ (эндотермично) — $K$ (и растворимость) растёт с $T$; если $\Delta H^{\circ }<0$ — падает.
Физика вкладов:
- Энтальпия растворения $\Delta H_{sol}$ = энергия, потраченная на разрушение кристалла (литическая энергия) плюс энергия гидратации ионов; часто близка к нулю.
- Энтропия $\Delta S_{sol}$ обычно положительна из‑за распределения ионов в растворе (увеличение беспорядка).
Поведение NaCl при изменении температуры:
- Растворение NaCl слабо эндотермично: $\Delta H_{sol}\approx +3.9kJ/mol$ (порядок величины, малый положительный).
- Следствие: $\Delta S_{sol}>0$, при обычных температурах $\Delta G<0$ до достижения предельной растворимости, поэтому NaCl растворим спонтанно, но не сильно.
- Растворимость NaCl мало зависит от температуры — при $25^{\circ }\mathrm{C}$ примерно $35.9\mathrm{g}/100\mathrm{g}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$. При повышении температуры растворимость увеличивается лишь слегка (умеренный рост при нагревании).
Кратко: спонтанность задаётся знаком $\Delta G$ (через $\Delta H$ и $\Delta S$); для NaCl $\Delta H>0$ небольшое, $\Delta S>0$, поэтому растворимость слегка возрастает с температурой.