Растворимость твёрдых веществ определяется максимальным количеством вещества, которое может раствориться в данном объёме растворителя при определённых условиях температуры и давления, образуя насыщенный раствор. Эта характеристика является важным термодинамическим параметром и зависит от природы растворённого вещества и растворителя, а также от внешних условий.
Растворимость количественно выражается различными способами: в граммах растворённого вещества на 100 г растворителя, в моль/л насыщенного раствора, через мольную или массовую долю растворённого компонента.
Растворение твёрдых веществ может протекать по разным механизмам:
Процесс растворения сопровождается конкуренцией двух энергий: энергии разрушения кристаллической решётки и энергии гидратации (сольватации). Растворимость возрастает, если энергия сольватации превышает энергию кристаллической решётки.
Температура является ключевым фактором, определяющим растворимость твёрдых веществ.
Графическое представление зависимости растворимости от температуры выражается кривыми растворимости, которые позволяют прогнозировать образование осадков при охлаждении растворов.
Растворимость твёрдых веществ подчиняется принципу «подобное растворяет подобное». Полярные вещества лучше растворяются в полярных растворителях (соли и сахара в воде), неполярные — в неполярных средах (йод в бензоле). Универсальным растворителем является вода благодаря её высокой диэлектрической проницаемости и способности образовывать прочные водородные связи.
Для твёрдых веществ влияние давления на растворимость практически незначительно, в отличие от газов. Однако при очень высоких давлениях возможно незначительное увеличение растворимости вследствие сжатия структуры растворителя.
Особое состояние системы представляют пересыщенные растворы. Это метастабильные системы, содержащие больше вещества, чем это возможно при равновесной растворимости. Пересыщение достигается путём охлаждения горячего насыщенного раствора или испарения растворителя. Такие растворы неустойчивы: малейшее возмущение приводит к кристаллизации избыточного количества растворённого вещества.
Наличие в растворе дополнительных ионов или молекул способно изменять растворимость твёрдых веществ.
Растворимость определяет условия кристаллизации веществ. При насыщении раствора и превышении предельной концентрации начинается процесс выделения твёрдой фазы. Равновесие между кристаллической решёткой и ионами (или молекулами) в растворе описывается понятием произведения растворимости — константой равновесия для малорастворимых электролитов.
Растворимость твёрдых веществ имеет фундаментальное значение в химической технологии, аналитической химии, фармацевтике, геохимии и биохимии. Управление растворимостью позволяет целенаправленно проводить осаждение, очистку веществ перекристаллизацией, разработку лекарственных форм, прогнозирование поведения минералов в природных водах и процессов биоминерализации.