Растворимость определяется характером взаимодействия частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя. Основное правило формулируется как «подобное растворяет подобное». Полярные вещества лучше растворяются в полярных растворителях, неполярные – в неполярных. Например, ионные кристаллы хорошо растворяются в воде благодаря её высокой диэлектрической проницаемости и способности стабилизировать ионы посредством гидратации, тогда как неполярные углеводороды практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.
Температурный фактор играет ключевую роль, так как процесс растворения сопровождается либо выделением, либо поглощением теплоты. Если растворение эндотермично, повышение температуры увеличивает растворимость. Так ведут себя большинство твердых солей в воде, например нитрат калия. В случаях, когда процесс экзотермичен, повышение температуры снижает растворимость, как это наблюдается для газов в воде. Качественное объяснение связано с принципом Ле Шателье: система реагирует на изменение условий так, чтобы компенсировать возмущение.
Для твердых и жидких веществ давление оказывает незначительное влияние на растворимость, поскольку они практически несжимаемы. В то же время растворимость газов подчиняется закону Генри: при постоянной температуре количество газа, растворившегося в жидкости, прямо пропорционально его парциальному давлению над раствором. Именно поэтому углекислый газ легко растворяется в напитках при высоком давлении, а при открывании бутылки давление падает, и газ выделяется в виде пузырьков.
Энергия, необходимая для разрушения кристаллической решётки, тесно связана с растворимостью. Ионные соединения с большой энергией решётки, например оксид алюминия или сульфат бария, плохо растворимы в воде, несмотря на её высокую полярность. Напротив, соли с меньшей энергией решётки, такие как хлорид натрия, демонстрируют хорошую растворимость.
Важную роль играют водородные связи, диполь-дипольные и ион-дипольные взаимодействия. Чем прочнее формируются такие взаимодействия между частицами растворяемого вещества и молекулами растворителя, тем выше растворимость. Органические спирты средней длины цепи обладают двойственным характером: гидроксильная группа способствует растворению в воде, а углеводородная цепь – в неполярных средах. По мере удлинения цепи преобладают неполярные взаимодействия, и растворимость в воде снижается.
Для электролитов величина растворимости определяется не только взаимодействием ионов с растворителем, но и ионной силой среды. Наличие в растворе общих ионов приводит к уменьшению растворимости электролита (эффект общего иона). Например, растворимость хлорида серебра снижается при добавлении в раствор ионов хлорида из другой соли. Этот процесс объясняется сдвигом равновесия в сторону осаждения по закону действия масс.
В ряде случаев растворимость труднорастворимых соединений увеличивается благодаря образованию комплексных ионов. Так, добавление аммиака к раствору с осадком гидроксида серебра приводит к его растворению вследствие образования устойчивого комплекса [Ag(NH₃)₂]⁺. Аналогично действуют лиганды, способные стабилизировать ионы металлов.
Растворимость многих соединений существенно зависит от кислотности или щёлочности среды. Амфотерные гидроксиды растворяются как в кислых, так и в щелочных растворах, образуя соответствующие соли или комплексные анионы. Например, гидроксид алюминия растворяется в кислотах с образованием солей Al³⁺ и в щелочах с образованием тетрагидроксоалюмината.
Примеси могут изменять растворимость как за счёт образования устойчивых комплексов, так и за счёт изменения структуры растворителя. Важную роль играют поверхностно-активные вещества, способные стабилизировать неполярные молекулы в воде за счёт мицеллообразования. Этот эффект широко используется для растворения жиров и масел в моющих средствах.
Реальная растворимость вещества часто определяется суммарным влиянием нескольких факторов одновременно. Так, газ растворяется в воде тем лучше, чем ниже температура и выше давление, но при этом растворимость может меняться при изменении pH или при присутствии других ионов. В случае твёрдых веществ совместное влияние температуры, природы растворителя и ионного состава среды определяет условия образования осадков или, наоборот, полного растворения.