2.6 : Équilibres chimiques et de solubilité

Le changement d'énergie libre associé à la dissolution d'un soluté dans un litre de solvant est appelé énergie libre d'une solution, ΔG_solution. La valeur globale ΔG_solution est exprimée comme le solde de ΔG _interaction par rapport à l'énergie libre toujours favorable du mélange, ΔG_mixing. La formation de solution est favorable si la valeur ΔG_solution est inférieure à zéro, alors qu'elle est défavorable si la valeur ΔG_solution est supérieure à zéro. Pour résumer, pour qu’une solution se forme et qu’une dissolution complète ait lieu, le changement d’énergie de Gibbs doit être négatif. La quantité de dissolution d'un soluté dans un solvant est régie par la force des forces intermoléculaires entre les composants. Cette propriété de dissolution est appelée solubilité.

En plus de l’énergie libre du mélange, les interactions non covalentes contribuent également à la formation de solutions. Les substances qui forment des liaisons hydrogène sont appelées substances polaires. Dans de tels cas, les attractions dipolaire-dipôle des particules de soluté avec les particules de solvant sont aussi fortes que celles entre les molécules d'un soluté ou d'un solvant pur. Les deux types de molécules se mélangent donc facilement. De même, les liquides non polaires sont miscibles les uns avec les autres car il n’y a pas de différence appréciable dans les forces d’attractions intermoléculaires soluté-soluté, solvant-solvant et soluté-solvant. Si une paire soluté et solvant ont des attractions intermoléculaires similaires à celles d’un liquide pur, ΔG_interaction est négligeable. La valeur ΔG_solution globale est égale à ΔG_mixing et le soluté se dissout complètement dans le solvant. Cependant, si deux substances significativement différentes sont mélangées, la probabilité de formation d’une solution dépend de l’équilibre entre ΔG_interaction et ΔG_mixing. Elles peuvent former une solution même si ΔG_interaction est positif, à condition que cette valeur ne soit pas trop élevée.