الذوبانية

في الكيمياء ، الذوبانية هي قدرة مادة ما ، وهي المذاب ، على تكوين محلول مع مادة أخرى، وهي المذيب . أما عدم الذوبانية فهو الخاصية المعاكسة، أي عدم قدرة المذاب على تكوين مثل هذا المحلول.

تُقاس درجة ذوبان مادة ما في مذيب معين عمومًا بتركيز المذاب في محلول مشبع ، وهو المحلول الذي لا يمكن إذابة المزيد من المذاب فيه. ^{[ 1 ]} عند هذه النقطة، يُقال إن المادتين في حالة توازن الذوبان . بالنسبة لبعض المذابات والمذيبات، قد لا يكون هناك حدٌّ كهذا، وفي هذه الحالة يُقال إن المادتين " قابلتان للامتزاج بجميع النسب" (أو ببساطة "قابلتان للامتزاج"). ^{[ 2 ]}

يمكن أن يكون المذاب صلبًا أو سائلًا أو غازيًا ، بينما يكون المذيب عادةً صلبًا أو سائلًا. قد يكون كلاهما مواد نقية، أو قد يكونان محاليل. الغازات قابلة للامتزاج دائمًا بجميع النسب، باستثناء حالات نادرة جدًا، ^{[ 3 ]} ولا يمكن إذابة مادة صلبة أو سائلة في غاز إلا بعد تحولها إلى الحالة الغازية أولًا.

تعتمد الذوبانية بشكل أساسي على تركيب المذاب والمذيب (بما في ذلك درجة الحموضة ووجود مواد أخرى مذابة)، بالإضافة إلى درجة الحرارة والضغط. ويمكن تفسير هذا الاعتماد غالبًا من خلال التفاعلات بين جزيئات المادتين ( الذرات أو الجزيئات أو الأيونات )، ومن خلال مفاهيم الديناميكا الحرارية مثل المحتوى الحراري والإنتروبيا .

في ظل ظروف معينة، قد يتجاوز تركيز المذاب حد ذوبانه المعتاد. والنتيجة هي محلول فوق مشبع ، وهو محلول غير مستقر ، وسيطرد المذاب الزائد بسرعة إذا ظهر موقع تنوي مناسب. ^{[ 4 ]}

لا ينطبق مفهوم الذوبانية عند حدوث تفاعل كيميائي غير قابل للانعكاس بين مادتين، مثل تفاعل هيدروكسيد الكالسيوم مع حمض الهيدروكلوريك ؛ حتى وإن قيل، بشكل غير رسمي، إن إحداهما "أذابت" الأخرى. كما أن الذوبانية تختلف عن معدل الذوبان ، أي سرعة ذوبان مادة صلبة في مذيب سائل. وتعتمد هذه الخاصية على العديد من المتغيرات الأخرى، مثل الشكل الفيزيائي للمادتين وطريقة وكثافة الخلط.

يُعدّ مفهوم الذوبانية وقياسها في غاية الأهمية في العديد من العلوم إلى جانب الكيمياء، مثل الجيولوجيا ، وعلم الأحياء ، والفيزياء ، وعلم المحيطات ، وكذلك في الهندسة ، والطب ، والزراعة ، وحتى في أنشطة غير تقنية كالطلاء ، والتنظيف ، والطهي ، وصناعة الجعة . ولا تحدث معظم التفاعلات الكيميائية ذات الأهمية العلمية أو الصناعية أو العملية إلا بعد إذابة المواد المتفاعلة في مذيب مناسب، ويُعدّ الماء المذيب الأكثر شيوعًا.

يُستخدم مصطلح "قابل للذوبان" أحيانًا لوصف المواد التي يمكنها تكوين معلقات غروانية من جزيئات صلبة دقيقة جدًا في سائل. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، فإن الذوبانية الكمية لهذه المواد غير محددة بدقة بشكل عام.

تُعبّر ذوبانية مادة مذابة معينة في مذيب معين عمومًا عن تركيز محلول مشبع من المادتين. ^{[ 1 ]} ويمكن استخدام أي من الطرق العديدة للتعبير عن تركيز المحاليل، مثل كتلة المادة المذابة أو حجمها أو كميتها بالمولات، وذلك بالنسبة لكتلة أو حجم أو كمية مولية محددة من المذيب أو المحلول.

تتفاوت درجة الذوبان بشكل كبير، من الذوبان التام (بلا حدود، أي قابلية الامتزاج ^{[ 2 ]} ) مثل الإيثانول في الماء، إلى عدم الذوبان تقريبًا، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم في الماء. وتُستخدم أيضًا عدة مصطلحات وصفية أخرى لتحديد درجة الذوبان لتطبيق معين. على سبيل المثال، يُقدم دستور الأدوية الأمريكي المصطلحات التالية، وفقًا لكتلة المذيب (m _sv) اللازمة لإذابة وحدة واحدة من كتلة المذاب (m _{su) :} ^{[ 8 ]} (قيم الذوبان في الأمثلة تقريبية، للماء عند درجة حرارة 20-25  درجة مئوية).

قد تختلف المعايير المستخدمة لوصف مادة ما بأنها غير قابلة للذوبان، أو مصطلحات مشابهة، باختلاف التطبيق. على سبيل المثال، يذكر أحد المصادر أن المواد توصف بأنها "غير قابلة للذوبان" عندما تكون قابليتها للذوبان أقل من 0.1 غرام لكل 100 مل من المذيب. ^{[ 9 ]}

تحدث الذوبانية في ظل توازن ديناميكي، أي أنها تنتج عن عمليتي الذوبان والالتحام المتزامنتين والمتعاكستين (مثل ترسيب المواد الصلبة ). يتحقق التوازن الذوباني المستقر عندما تتساوى معدلات الذوبان والالتحام، أي عندما تتساوى الكميات النسبية للمواد المذابة وغير المذابة. وإذا أُزيل المذيب، تُستعاد جميع المادة التي ذابت.

يُستخدم مصطلح الذوبانية أيضًا في بعض المجالات التي يتغير فيها المذاب بفعل التحلل المائي . على سبيل المثال، يُقال إن العديد من المعادن وأكاسيدها " قابلة للذوبان في حمض الهيدروكلوريك"، مع أن الحمض المائي في الواقع يُحلل المادة الصلبة بشكل لا رجعة فيه ليعطي نواتج قابلة للذوبان. تتفكك معظم المواد الصلبة الأيونية عند ذوبانها في المذيبات القطبية. في الحالات التي لا يُستعاد فيها المذاب عند تبخر المذيب، تُسمى هذه العملية بالتحلل المائي. لا ينطبق المفهوم الديناميكي الحراري للذوبانية بشكل مباشر على التحلل المائي.

عند ذوبان مادة مذابة، قد تُكوّن عدة أنواع في المحلول. على سبيل المثال، يمكن أن يُنتج محلول مائي من كلوريد الكوبالت (II) أيونات [ Co(H₂O ₎ ₆ _] ²⁺ ^و [ CoCl (H₂O ₎ ₅ _] ⁺ ^و _CoCl₂ ( H₂O ₎ ₂ _، وكل منها يتحول إلى الآخر.

يتم تعريف الذوبانية لأطوار محددة. على سبيل المثال، من المتوقع أن تختلف ذوبانية الأراغونيت والكالسيت في الماء، على الرغم من أنهما شكلان متعددان من كربونات الكالسيوم ولهما نفس الصيغة الكيميائية .

تتحدد قابلية ذوبان مادة في أخرى بتوازن القوى بين جزيئات المذيب والمذاب، والتغير في الإنتروبيا المصاحب لعملية الذوبان. وتؤثر عوامل مثل درجة الحرارة والضغط على هذا التوازن، مما يؤدي إلى تغيير قابلية الذوبان.

قد تعتمد الذوبانية بشكل كبير على وجود أنواع أخرى مذابة في المذيب، مثل الأنيونات المُكوِّنة للمعقدات ( الروابط ) في السوائل. كما تعتمد الذوبانية على زيادة أو نقص أيون مشترك في المحلول ، وهي ظاهرة تُعرف بتأثير الأيون المشترك . وبدرجة أقل، تعتمد الذوبانية على القوة الأيونية للمحاليل. ويمكن قياس هذين التأثيرين الأخيرين باستخدام معادلة توازن الذوبانية .

بالنسبة للمواد الصلبة التي تذوب في تفاعل الأكسدة والاختزال، من المتوقع أن تعتمد الذوبانية على الجهد (ضمن نطاق الجهود التي تبقى عندها المادة الصلبة في الحالة المستقرة ديناميكيًا حراريًا). على سبيل المثال، لوحظ أن ذوبانية الذهب في الماء ذي درجة الحرارة العالية أعلى بنحو عشرة أضعاف (أي حوالي عشرة أضعاف) عند التحكم في جهد الأكسدة والاختزال باستخدام محلول منظم للأكسدة والاختزال عالي الأكسدة Fe₃O₄ - Fe₂O₃ مقارنةً _بمحلول منظم _{للأكسدة} والاختزال _متوسط ^{​​الأكسدة} Ni - NiO . _[ ^{10 ]}

تعتمد الذوبانية (شبه مستقرة، عند تركيزات تقترب من التشبع) أيضًا على الحجم الفيزيائي للبلورة أو قطرة المذاب (أو، بدقة أكبر، على مساحة السطح النوعية أو مساحة السطح المولية للمذاب). ^{[ 11 ]} وللحصول على قياس كمي، انظر المعادلة في مقالة توازن الذوبانية . بالنسبة للبلورات ذات العيوب الكثيرة، قد تزداد الذوبانية مع ازدياد درجة عدم الانتظام. ويحدث كلا التأثيرين نتيجة اعتماد ثابت الذوبانية على طاقة جيبس ​​للبلورة. التأثيران الأخيران، على الرغم من صعوبة قياسهما في كثير من الأحيان، لهما أهمية عملية. على سبيل المثال، يوفران القوة الدافعة لتقادم الراسب (زيادة حجم البلورة تلقائيًا مع مرور الوقت).

درجة حرارة

تعتمد ذوبانية مادة مذابة معينة في مذيب معين على درجة الحرارة. وبناءً على التغير في المحتوى الحراري (ΔH ) لتفاعل الذوبان، أي على طبيعة التفاعل (ماص للحرارة >  0  ) أو طارد للحرارة (ΔH <  0  )، قد تزداد ذوبانية المركب أو تنقص مع ارتفاع درجة الحرارة. تربط معادلة فان هوف التغير في ثابت اتزان الذوبانية ( Ksp _{) بالتغير في درجة الحرارة والتغير} في المحتوى الحراري للتفاعل .

• بالنسبة لمعظم المواد الصلبة والسائلة، تزداد قابليتها للذوبان مع ارتفاع درجة الحرارة لأن تفاعل ذوبانها ماص للحرارة (ΔH >  0  ). ^{[ 12 ]} في الماء السائل عند درجات حرارة عالية (مثل تلك التي تقترب من درجة الحرارة الحرجة )، تميل قابلية ذوبان المواد الأيونية إلى الانخفاض نتيجة لتغير خصائص وبنية الماء السائل؛ حيث يؤدي انخفاض ثابت العزل الكهربائي إلى مذيب أقل قطبية وتغير في طاقة التميؤ، مما يؤثر على ΔG لتفاعل الذوبان.

• تُظهر المواد المذابة الغازية سلوكًا أكثر تعقيدًا مع تغير درجة الحرارة. فمع ارتفاع درجة الحرارة، تقل عادةً قابلية ذوبان الغازات في الماء (تفاعل ذوبان طارد للحرارة مرتبط بتميهها) (إلى حد أدنى، وهو أقل من 120  درجة مئوية لمعظم الغازات الدائمة ^{[ 13 ]} )، ولكنها تزداد قابلية ذوبانها في المذيبات العضوية (تفاعل ذوبان ماص للحرارة مرتبط بإذابتها). ^{[ 12 ]}

يُظهر الرسم البياني منحنيات الذوبانية لبعض الأملاح الصلبة غير العضوية الشائعة في الماء السائل (درجة الحرارة مُقاسة بالدرجات المئوية ، أي كلفن ناقص 273.15). ^{[ 14 ]} تتصرف العديد من الأملاح مثل نترات الباريوم وأرسينات هيدروجين الصوديوم ، وتُظهر زيادة كبيرة في الذوبانية مع ارتفاع درجة الحرارة (ΔH >  0  ). تُظهر بعض المواد المذابة (مثل كلوريد الصوديوم في الماء) ذوبانية مستقلة نسبيًا عن درجة الحرارة (ΔH ≈  0  ). بينما تصبح مواد قليلة، مثل كبريتات الكالسيوم ( الجبس ) وكبريتات السيريوم (III) ، أقل ذوبانًا في الماء مع ارتفاع درجة الحرارة (ΔH <  0  ). ^{[ 15 ]} وينطبق هذا أيضًا على هيدروكسيد الكالسيوم ( البورتلانديت )، الذي تبلغ ذوبانيته عند 70  درجة مئوية حوالي نصف قيمته عند 25  درجة مئوية. كما أن ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم في الماء عملية طاردة للحرارة (ΔH <  0  ). وفقًا لمعادلة فان هوف ومبدأ لو شاتيليه ، تُفضّل درجات الحرارة المنخفضة ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH) _₂ . وتزداد ذوبانية البورتلانديت عند درجات الحرارة المنخفضة. ويُشار إلى هذا التغير في درجة الحرارة أحيانًا باسم الذوبانية "الرجعية" أو "العكسية". وفي بعض الأحيان، يُلاحظ نمط أكثر تعقيدًا، كما هو الحال مع كبريتات الصوديوم ، حيث تفقد بلورة الديكاهيدرات الأقل ذوبانًا ( الميرابيليت ) ماء التبلور عند 32 درجة مئوية لتكوين طور لا مائي أكثر ذوبانًا ( الثينارديت ) مع تغير أقل في طاقة جيبس ​​الحرة (ΔG ) في تفاعل الذوبان. 

تزداد ذوبانية المركبات العضوية عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة. وتعتمد تقنية إعادة التبلور ، المستخدمة لتنقية المواد الصلبة، على اختلاف ذوبانية المذاب في المذيبات الساخنة والباردة. وهناك بعض الاستثناءات، مثل بعض أنواع السيكلودكسترينات . ^{[ 16 ]}

يُستخدم قانون هنري لتحديد ذوبانية الغازات في المذيبات. تتناسب ذوبانية الغاز في المذيب تناسبًا طرديًا مع الضغط الجزئي لذلك الغاز فوق المذيب. هذه العلاقة مشابهة لقانون راؤول، ويمكن كتابتها على النحو التالي:

${\displaystyle p=k_{\rm {H}}\,c}$

أين${\displaystyle k_{\rm {H}}}$هو ثابت يعتمد على درجة الحرارة (على سبيل المثال، 769.2 لتر · ضغط جوي / مول للأكسجين ( O 2 ) في الماء عند ₂₉₈ كلفن)،${\displaystyle p}$يمثل الضغط الجزئي (بالوحدة الجوية)، و${\displaystyle c}$هو تركيز الغاز المذاب في السائل (بالمول/لتر).

يتم أحيانًا تحديد قابلية ذوبان الغازات كميًا باستخدام معامل ذوبان بنسن .

في وجود فقاعات صغيرة ، لا تعتمد ذوبانية الغاز على نصف قطر الفقاعة إلا من خلال تأثير نصف القطر على الضغط (أي أن ذوبانية الغاز في السائل الملامس للفقاعات الصغيرة تزداد بسبب زيادة الضغط بمقدار Δp =  2γ  / r ؛ انظر معادلة يونغ-لابلاس ). ^{[ 18 ]}

ينطبق قانون هنري على الغازات التي لا تتغير تركيبتها الكيميائية عند ذوبانها. أما قانون سيفرت فيوضح حالة لا ينطبق عليها هذا الافتراض.

تتأثر ذوبانية ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر بدرجة الحرارة، ودرجة حموضة المحلول، ومحتوى الكربونات . ويُعدّ انخفاض ذوبانية ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر مع ارتفاع درجة الحرارة عاملاً مهماً في التأثير العكسي (التغذية الراجعة الإيجابية) الذي يُفاقم تغيرات المناخ الماضية والمستقبلية ، كما لوحظ في عينات الجليد من موقع فوستوك في القارة القطبية الجنوبية . على المدى الجيولوجي ، وبسبب دورات ميلانكوفيتش ، عندما تتغير المعايير الفلكية لمدار الأرض ومحور دورانها تدريجياً وتُعدّل الإشعاع الشمسي على سطح الأرض، تبدأ درجة الحرارة بالارتفاع. وعندما تبدأ فترة ذوبان الجليد، يُطلق الاحترار التدريجي للمحيطات _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب انخفاض ذوبانيته في مياه البحر الدافئة. وبدورها، تُؤدي المستويات المرتفعة من ثاني أكسيد الكربون _في الغلاف الجوي إلى زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري ، ويعمل ثاني أكسيد الكربون كمُضخّم للاحترار العام.

من العبارات الشائعة المستخدمة للتنبؤ بالذوبانية عبارة " المثل يذيب المثل "، والتي تُكتب أيضًا باللاتينية " Similia similibus solventur ". ^{[ 19 ]} تشير هذه العبارة إلى أن المذاب يذوب بشكل أفضل في مذيب له بنية كيميائية مشابهة له، استنادًا إلى إنتروبيا الخلط المواتية . هذه النظرة مبسطة، لكنها قاعدة عامة مفيدة. تعتمد قدرة المذيب على الإذابة بشكل أساسي على قطبيته . [ ^{أ ] على} سبيل المثال، المذاب شديد القطبية ( المحب للماء ) مثل اليوريا يذوب بسهولة في الماء شديد القطبية، ويذوب بدرجة أقل في الميثانول متوسط ​​القطبية ، ويكاد يكون غير قابل للذوبان في المذيبات غير القطبية مثل البنزين . في المقابل، المذاب غير القطبي أو المحب للدهون مثل النفثالين لا يذوب في الماء، ويذوب بدرجة متوسطة في الميثانول، ويذوب بدرجة عالية في البنزين غير القطبي. ^{[ 20 ]}

وبعبارة أبسط، فإن المركب الأيوني البسيط (الذي يحتوي على أيونات موجبة وسالبة) مثل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) يذوب بسهولة في مذيب قطبي للغاية (مع بعض الفصل بين الشحنات الموجبة ( δ +) والسالبة ( δ -) في الجزيء التساهمي) مثل الماء ، وبالتالي فإن البحر مالح لأنه يتراكم فيه الأملاح الذائبة منذ العصور الجيولوجية المبكرة.

تُعزز قابلية الذوبان بواسطة إنتروبيا الخلط ( ΔS ) ، وتعتمد على إنثالبي الذوبان ( ΔH ) والتأثير الكاره للماء . وتعتمد طاقة جيبس ​​الحرة للذوبان على درجة الحرارة ، وتُعطى بالعلاقة: ΔG = ΔH – TΔS . كلما انخفضت قيمة ΔG ، زادت قابلية الذوبان.

يستغل الكيميائيون في كثير من الأحيان الاختلافات في الذوبانية لفصل وتنقية المركبات من مخاليط التفاعل، باستخدام تقنية الاستخلاص السائل-السائل . وينطبق هذا على مجالات واسعة من الكيمياء، بدءًا من تصنيع الأدوية وصولًا إلى إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك .

لا تُعدّ عملية الذوبان فورية. يرتبط معدل الذوبان (بالكيلوغرام/ثانية) بحاصل الذوبان ومساحة سطح المادة. قد تعتمد سرعة ذوبان المادة الصلبة على درجة تبلورها، أو انعدامها في حالة المواد الصلبة غير المتبلورة ، وعلى مساحة سطحها (حجم البلورات) ووجود تعدد الأشكال البلورية . تُجسّد العديد من الأنظمة العملية هذا التأثير، على سبيل المثال في تصميم طرق توصيل الأدوية المُتحكّم بها . في بعض الحالات، قد يستغرق الوصول إلى حالة توازن الذوبان وقتًا طويلاً (ساعات، أيام، شهور، أو حتى سنوات عديدة؛ وذلك تبعًا لطبيعة المذاب وعوامل أخرى).

يمكن التعبير عن معدل الذوبان غالبًا بواسطة معادلة نويز-ويتني أو معادلة نيرنست وبرونر ^{[ 21 ]} بالشكل التالي:

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=A{\frac {D}{d}}(C_{\mathrm {s} }-C_{\mathrm {b} })}$

أين:

• ${\displaystyle m}$= كتلة المادة المذابة
• ${\displaystyle t}$= الوقت
• ${\displaystyle A}$= مساحة سطح التماس بين المادة المذابة والمذيب
• ${\displaystyle D}$= معامل الانتشار
• ${\displaystyle d}$= سُمك الطبقة الحدية للمذيب على سطح المادة المذابة
• ${\displaystyle C_{s}}$= تركيز كتلة المادة على السطح
• ${\displaystyle C_{b}}$= تركيز كتلة المادة في كتلة المذيب

بالنسبة للذوبان المحدود بالانتشار (أو انتقال الكتلة في حالة وجود اختلاط)،${\displaystyle C_{s}}$يساوي معدل الذوبان ذوبانية المادة. وعندما يُقاس معدل ذوبان مادة نقية بالنسبة لمساحة سطحها (التي تتغير عادةً مع مرور الوقت أثناء عملية الذوبان)، يُعبّر عنه بوحدة كجم/م² ^ثانية ويُشار إليه باسم "معدل الذوبان الذاتي". ويُعرّف معدل الذوبان الذاتي في دستور الأدوية الأمريكي .

تختلف معدلات الذوبان اختلافاً كبيراً بين الأنظمة المختلفة. عادةً، تتوازى معدلات الذوبان المنخفضة جداً مع انخفاض الذوبانية، بينما تُظهر المواد ذات الذوبانية العالية معدلات ذوبان عالية، كما تشير إليه معادلة نويز-ويتني.

تُعد قابلية الذوبان ذات أهمية أساسية في عدد كبير من التخصصات العلمية والتطبيقات العملية، بدءًا من معالجة الخامات وإعادة المعالجة النووية وصولاً إلى استخدام الأدوية ونقل الملوثات.

تُعتبر الذوبانية عادةً إحدى "الخصائص المميزة للمادة"، مما يعني أن الذوبانية تُستخدم بشكل شائع لوصف المادة، ولتحديد قطبيتها، وللمساعدة في تمييزها عن المواد الأخرى، وكدليل على استخداماتها. على سبيل المثال، يُوصف النيلي بأنه "غير قابل للذوبان في الماء أو الكحول أو الإيثر، ولكنه قابل للذوبان في الكلوروفورم أو النيتروبنزين أو حمض الكبريتيك المركز ". ^{[ 22 ]}

تُعدّ ذوبانية المادة مفيدةً عند فصل المخاليط. فعلى سبيل المثال، يمكن فصل خليط من الملح ( كلوريد الصوديوم ) والسيليكا بإذابة الملح في الماء، ثم ترشيح السيليكا غير الذائبة. ويعتمد تصنيع المركبات الكيميائية، سواءً بالمليغرام في المختبر أو بالطن في الصناعة، على الذوبانية النسبية للمنتج المطلوب، بالإضافة إلى المواد الأولية غير المتفاعلة، والمنتجات الثانوية، والمنتجات الجانبية، لتحقيق الفصل.

مثال آخر على ذلك هو تخليق حمض البنزويك من بروميد فينيل المغنيسيوم والثلج الجاف . يتميز حمض البنزويك بذوبانه العالي في المذيبات العضوية مثل ثنائي كلورو الميثان أو ثنائي إيثيل الإيثر ، وعند رجه مع هذا المذيب العضوي في قمع فصل ، فإنه يذوب بشكل أساسي في الطبقة العضوية. أما نواتج التفاعل الأخرى، بما فيها بروميد المغنيسيوم، فتبقى في الطبقة المائية، مما يدل بوضوح على نجاح عملية الفصل بناءً على الذوبانية. تُعرف هذه العملية بالاستخلاص السائل-السائل ، وهي تقنية مهمة في الكيمياء التركيبية . ويُستخدم إعادة التدوير لضمان أقصى قدر من الاستخلاص.

تذوب بعض المركبات الأيونية ( الأملاح ) في الماء، ويعود ذلك إلى التجاذب بين الشحنات الموجبة والسالبة (انظر: الذوبان ). على سبيل المثال، تجذب الأيونات الموجبة في الملح (مثل Ag⁺ ⁾ ذرة الأكسجين ذات الشحنة السالبة الجزئية في _جزيء الماء ( H₂O ) . وبالمثل، تجذب الأيونات السالبة في الملح (مثل Cl⁻ ^{) ذرات الهيدروجين ذات الشحنة الموجبة الجزئية في جزيء الماء} ₍ H₂O ) . ملاحظة: ذرة الأكسجين ذات شحنة سالبة جزئية لأنها أكثر كهرسلبية من الهيدروجين، والعكس صحيح (انظر: القطبية الكيميائية ).

AgCl _(ق) ⇌ Ag ⁺ _(aq) + Cl ⁻ _(aq)

مع ذلك، هناك حدٌّ لكمية الملح التي يمكن إذابتها في حجم معين من الماء. يُعرف هذا التركيز بالذوبانية، ويرتبط بحاصل الذوبانية ( Ksp ₎ . يعتمد ثابت التوازن هذا على نوع الملح ( مثل كلوريد الفضة مقابل كلوريد الصوديوم )، ودرجة الحرارة، وتأثير الأيون المشترك.

يمكن حساب كمية كلوريد الفضة (AgCl) التي ستذوب في لتر واحد من الماء النقي على النحو التالي:

K _sp = [Ag ⁺ ] × [Cl ⁻ ] / M ² (تعريف حاصل الذوبان؛ M = مول/لتر)

K _sp = 1.8 × 10 ⁻¹⁰ (من جدول حاصل الذوبان)

[Ag ⁺ ] = [Cl ⁻ ]، في غياب أملاح الفضة أو الكلوريد الأخرى، لذلك

[Ag ⁺ ] ² = 1.8 × 10 ⁻¹⁰ م ²

[Ag ⁺ ] = 1.34 × 10 ⁻⁵ مول/لتر

النتيجة: يمكن إذابة 1.34 × 10⁻⁵ ^مول من كلوريد الفضة (AgCl) في لتر واحد من الماء عند درجة حرارة الغرفة. بالمقارنة مع الأملاح الأخرى، يُعدّ كلوريد الفضة قليل الذوبان في الماء. على سبيل المثال، يتميز ملح الطعام ( NaCl ) بقيمة Ksp أعلى بكثير ₍ 36)، وبالتالي فهو أكثر ذوبانًا. يوضح الجدول التالي قواعد الذوبان لمختلف المركبات الأيونية.

المبدأ المذكور أعلاه تحت عنوان "القطبية" ، وهو أن المواد المتشابهة تذوب في بعضها ، يُعدّ الدليل المعتاد لذوبان المواد في الأنظمة العضوية. فعلى سبيل المثال، يذوب الفازلين في البنزين لأن كليهما من الهيدروكربونات غير القطبية. بينما لا يذوب في الإيثانول أو الماء، لأن قطبية هذه المذيبات عالية جدًا. ولا يذوب السكر في البنزين، لأنه شديد القطبية مقارنةً به. ولذلك، يمكن فصل خليط البنزين والسكر بالترشيح أو الاستخلاص بالماء .

يُستخدم هذا المصطلح غالبًا في مجال علم المعادن للإشارة إلى مدى ذوبان عنصر السبائك في المعدن الأساسي دون تكوين طور منفصل . خط الذوبان أو منحنى الذوبان هو الخط (أو الخطوط) على مخطط الطور الذي يُحدد حدود إضافة المذاب. أي أن هذه الخطوط تُظهر الحد الأقصى لكمية أحد المكونات التي يُمكن إضافتها إلى مكون آخر مع الحفاظ على وجودها في محلول صلب . في البنية البلورية للمادة الصلبة، يُمكن لعنصر "المذاب" أن يحل محل المادة الأساسية داخل الشبكة البلورية (موقع استبدالي؛ على سبيل المثال، الكروم في الحديد) أو أن يشغل موقعًا بين نقاط الشبكة البلورية (موقع بيني؛ على سبيل المثال، الكربون في الحديد).

في تصنيع الإلكترونيات الدقيقة، تشير قابلية الذوبان الصلبة إلى الحد الأقصى لتركيز الشوائب التي يمكن وضعها في الركيزة.

في المركبات الصلبة (على عكس العناصر)، قد تعتمد ذوبانية العنصر المذاب أيضًا على الأطوار المنفصلة في حالة التوازن. على سبيل المثال، تعتمد كمية القصدير الذائب في طور الزنك-أنتيمون بشكل كبير على ما إذا كانت الأطوار المنفصلة في حالة التوازن هي (Zn₄Sb₃ _{+ Sn} (L)) أو (ZnSnSb₂ ₊ Sn(L)). ^{[ 24 ]} بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمركب الزنك-أنتيمون الذي يحتوي على القصدير كمذاب أن ينفصل إلى تركيبات أخرى من الأطوار بعد الوصول إلى حد الذوبانية، وذلك اعتمادًا على التركيب الكيميائي الأولي أثناء التخليق . ينتج عن كل تركيبة ذوبانية مختلفة للقصدير في الزنك-أنتيمون. لذا، فإن دراسات الذوبانية في المركبات، التي تُستنتج عند أول ملاحظة لانفصال أطوار ثانوية، قد تُقلل من تقدير الذوبانية. ^{[ 25 ]} في حين يمكن تحديد الحد الأقصى لعدد الأطوار التي تنفصل في آنٍ واحد عند الاتزان باستخدام قاعدة أطوار جيبس ، فإنه بالنسبة للمركبات الكيميائية، لا يوجد حد لعدد تركيبات انفصال الأطوار هذه. لذا، قد يكون تحديد "الذوبانية القصوى" في المركبات الصلبة تجريبيًا أمرًا صعبًا، ويتطلب اتزان العديد من العينات. إذا أمكن التنبؤ كيميائيًا مسبقًا بالعيب البلوري السائد (غالبًا عيوب نقطية بينية أو استبدالية) المتضمن في المحلول الصلب، فإن استخدام بعض الإرشادات الديناميكية الحرارية البسيطة يمكن أن يقلل بشكل كبير من عدد العينات المطلوبة لتحديد الذوبانية القصوى. ^{[ 26 ]}

تذوب العديد من المواد بشكل متجانس (أي أن تركيب المادة الصلبة والمذاب المذاب يتطابقان من حيث النسب الكيميائية). مع ذلك، قد تذوب بعض المواد بشكل غير متجانس ، حيث لا يتطابق تركيب المذاب في المحلول مع تركيب المادة الصلبة. يصاحب هذا الذوبان تغير في "المادة الصلبة الأولية" وربما تكوّن طور صلب ثانوي. ولكن، بشكل عام، يبقى جزء من المادة الصلبة الأولية، وينشأ توازن ذوبان معقد. على سبيل المثال، قد يؤدي ذوبان الألبيت إلى تكوّن الجبسيت . ^{[ 27 ]}

NaAlSi ₃ O ₈ (s) + H ⁺ + 7H ₂ O ⇌ Na ⁺ + Al(OH) ₃ (s) + 3H ₄ SiO ₄ .

في هذه الحالة، من المتوقع أن تعتمد ذوبانية الألبيت على نسبة المادة الصلبة إلى المذيب. وتكتسب هذه الذوبانية أهمية بالغة في علم الجيولوجيا، حيث تؤدي إلى تكوين الصخور المتحولة .

من حيث المبدأ، يمكن أن يؤدي كل من الذوبان المتوافق وغير المتوافق إلى تكوين أطوار صلبة ثانوية في حالة توازن. لذا، في مجال علم المواد ، يتم وصف الذوبانية في كلتا الحالتين بشكل عام على مخططات الطور للتركيب الكيميائي .

تُعدّ الذوبانية خاصيةً بالغة الأهمية في العديد من مجالات العلوم، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: التنبؤات البيئية، والكيمياء الحيوية، والصيدلة، وتصميم الأدوية، وتصميم المبيدات الزراعية، وارتباط البروتينات بالليجاندات. وتكتسب الذوبانية في الماء أهميةً جوهريةً نظرًا للدور الحيوي الذي يلعبه الماء في العمليات البيولوجية والنقلية. ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} إضافةً إلى هذا الاهتمام العلمي الواضح بالذوبانية في الماء وتأثيرات المذيبات، تُعدّ التنبؤات الدقيقة بالذوبانية ذات أهميةٍ بالغةٍ في الصناعة. فالقدرة على التنبؤ بدقةٍ بذوبانية الجزيء تُتيح إمكانية تحقيق وفوراتٍ ماليةٍ كبيرةٍ في العديد من عمليات تطوير المنتجات الكيميائية، مثل المستحضرات الصيدلانية. ^{[ 31 ]} وفي صناعة الأدوية، تُشكّل تنبؤات الذوبانية جزءًا من عملية تحسين المركبات الرائدة في المراحل المبكرة من تطوير الأدوية المرشحة. وتبقى الذوبانية مصدر قلقٍ طوال مراحل التركيب الدوائي. ^{[ 31 ]} طُبقت عدة طرق على هذه التنبؤات، بما في ذلك علاقات البنية الكمية بالنشاط (QSAR)، وعلاقات البنية الكمية بالخواص (QSPR)، واستخراج البيانات . توفر هذه النماذج تنبؤات فعالة بالذوبانية، وتمثل المعيار الحالي. إلا أن عيب هذه النماذج يكمن في افتقارها إلى الفهم الفيزيائي. لذا، فإن وجود طريقة قائمة على النظرية الفيزيائية، قادرة على تحقيق مستويات مماثلة من الدقة بتكلفة معقولة، سيكون أداة قوية علميًا وصناعيًا. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

تعتمد الطرق القائمة على النظرية الفيزيائية عادةً على الدورات الديناميكية الحرارية، وهي مفهوم من الديناميكا الحرارية الكلاسيكية . تتضمن الدورتان الديناميكيتان الحراريتان الشائعتان حساب الطاقة الحرة للتسامي (من الحالة الصلبة إلى الغازية دون المرور بالحالة السائلة) والطاقة الحرة لإذابة جزيء غازي (من الغاز إلى المحلول)، أو حساب الطاقة الحرة للانصهار (من الحالة الصلبة إلى الحالة المنصهرة) والطاقة الحرة للخلط (من الحالة المنصهرة إلى المحلول). يوضح المخططان التاليان هاتين العمليتين.

استُخدمت هذه الدورات في محاولات التنبؤات القائمة على المبادئ الأساسية (باستخدام المعادلات الفيزيائية الأساسية) باستخدام نماذج المذيبات ذات الأساس الفيزيائي ، ^{[ 33 ]} لإنشاء معادلات بارامترية ونماذج QSPR ^{[ 36 ] [ 34 ]} ومزيج من الاثنين. ^{[ 34 ]} يُمكّن استخدام هذه الدورات من حساب طاقة الذوبان الحرة بشكل غير مباشر إما عن طريق الغاز (في دورة التسامي) أو المصهور (دورة الانصهار). وهذا مفيد لأن حساب طاقة الذوبان الحرة مباشرةً أمر بالغ الصعوبة. يمكن تحويل طاقة الذوبان الحرة إلى قيمة الذوبانية باستخدام صيغ مختلفة، وأكثرها عمومية موضحة أدناه، حيث يُمثل البسط طاقة الذوبان الحرة، و R ثابت الغازات ، و T درجة الحرارة بالكلفن . ^{[ 33 ]}

${\displaystyle \log S(V_{m})={\frac {\Delta G_{\text{solvation}}}{-2.303RT}}}$

تُعدّ معادلات الذوبان العامة من أشهر المعادلات المُلائمة للتنبؤ بالذوبانية. وتستند هذه المعادلات إلى أعمال يالكوفسكي وآخرون ^{[ 37 ] [ 38 ].} تُقدّم الصيغة الأصلية أولًا، تليها صيغة مُعدّلة تفترض امتزاجًا تامًا في الأوكتانول ^{[ 38 ] .}

${\displaystyle \log _{10}(S)=0.8-\log _{10}(P)-0.01({\text{نقطة الانصهار}}-25)}$

${\displaystyle \log _{10}(S)=0.5-\log _{10}(P)-0.01({\text{نقطة الانصهار}}-25)}$

تستند هذه المعادلات إلى مبادئ دورة الاندماج النووي.

• الخاصية المولية الظاهرية – الفرق في خصائص مول واحد من المادة في خليط مقابل محلول مثالي 
• نظام تصنيف المستحضرات الصيدلانية الحيوية – نظام لتمييز الأدوية بناءً على ذوبانها ونفاذيتها 
• قاعدة دوهرينغ – قاعدة في الديناميكا الحرارية 
• قانون فاجانز-بانيث-هان – قاعدة كيميائية تتعلق بالترسيب المشترك والامتزاز 
• نموذج الماء المرن SPC – جانب من جوانب الكيمياء الحاسوبية: صفحات تعرض أوصافًا موجزة للأهداف المُعاد توجيهها 
• قانون هنري – قانون الغازات المتعلق بتناسب الغاز المذاب 
• طريقة تنظيف السجاد باستخدام الماء الساخن 
• المادة المائية – مادة كيميائية 
• الذوبان المذيلّي – عملية دمج المادة المذابة داخل المذيلات أو عليها 
• قانون راؤول – قانون الديناميكا الحرارية لضغط بخار الخليط 
• معدل الذوبان – قدرة المادة على الذوبان بشكل متجانس. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• اتزان الذوبان – الاتزان الديناميكي الحراري بين مادة صلبة ومحلول لنفس المركب 
• معادلة فان هوف – العلاقة بين درجة الحرارة وثابت الاتزان للتفاعل الكيميائي