Растворимость веществ в жидких растворителях в значительной степени определяется температурой. При повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия молекул, что влияет на процесс взаимодействия растворённого вещества с молекулами растворителя.
Для твёрдых веществ в большинстве случаев повышение температуры способствует увеличению растворимости. Это объясняется тем, что процесс растворения твёрдых тел часто сопровождается эндотермическим эффектом: система поглощает тепло, и дополнительная энергия облегчает разрушение кристаллической решётки и образование сольватированных ионов или молекул. Примером служит растворимость нитрата калия (KNO₃) в воде, которая резко возрастает с увеличением температуры. Однако существуют и исключения: для некоторых веществ процесс растворения экзотермичен, и при повышении температуры растворимость снижается. Классическим примером является растворимость сульфата церия(III) Ce₂(SO₄)₃.
Для жидкостей, смешивающихся в ограниченных количествах, повышение температуры может как увеличивать, так и уменьшать взаимную растворимость. Например, растворимость фенола в воде растёт с нагреванием, тогда как для некоторых органических соединений с сильными межмолекулярными взаимодействиями рост температуры может приводить к уменьшению растворимости.
Для газов характерно обратное поведение. Повышение температуры обычно снижает растворимость газов в жидкостях, так как процесс растворения большинства газов экзотермичен. При нагревании уменьшается число межмолекулярных взаимодействий между молекулами растворителя и газа, и газ интенсивнее выделяется в газовую фазу. Именно этим объясняется, что газированные напитки быстрее теряют газ при высокой температуре.
Давление практически не влияет на растворимость твёрдых и жидких веществ, так как объёмная разница между исходными и растворёнными состояниями незначительна. Исключение составляют процессы, где происходят фазовые переходы с заметным изменением объёма, но в стандартных условиях этим можно пренебречь.
Значительно выраженное влияние давление оказывает на растворимость газов. Согласно закону Генри, при постоянной температуре растворимость газа прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью. Это означает, что при увеличении давления большее количество молекул газа проникает в растворитель, что ведёт к росту концентрации растворённого газа. Данный принцип используется при производстве газированных напитков, где углекислый газ растворяется под давлением, а при открывании бутылки давление снижается, и газ выделяется в виде пузырьков.
Совместное изменение температуры и давления позволяет тонко регулировать процессы растворения. В случае газов повышение давления увеличивает их растворимость, однако одновременное повышение температуры снижает её. Эти противоположные влияния необходимо учитывать, например, при проектировании технологических процессов в химической и пищевой промышленности, а также в природных системах. В морской воде растворимость кислорода определяется балансом этих факторов: при низких температурах и высоком давлении растворимость кислорода высока, что важно для поддержания жизни в глубинных слоях океана.
Для твёрдых веществ влияние давления мало, но повышение температуры может радикально изменить растворимость, что используется в технологии кристаллизации. Управляя температурными режимами, можно направленно осаждать или, напротив, удерживать вещества в растворе.
Зависимость растворимости от температуры объясняется термодинамическими характеристиками процесса растворения. Ключевыми параметрами являются энтальпия растворения (ΔH) и энтропия растворения (ΔS). Для эндотермических процессов увеличение температуры приводит к росту растворимости, что отражается уравнением Вант-Гоффа, связывающим константу равновесия с температурой. Для газов, где растворение обычно сопровождается отрицательной энтальпией, повышение температуры уменьшает растворимость.
Таким образом, поведение систем «растворитель – растворённое вещество» определяется направленностью теплового эффекта и изменением энтропии, а также внешними условиями, прежде всего давлением, если речь идёт о газах.