溶液
また、溶質と溶液との量的比率を濃度と呼ぶ。溶質量は質量、物質量、体積で表され溶液量は質量あるいは体積で表されることが多い。溶質量と溶媒量とは同一の物理量で比を表すことが多いが、濃度を使用する用途によっては任意の組み合わせで比を表す(記事 濃度に詳しい)。また特定の温度で溶質が最大限に溶媒に溶ける割合を溶解度とよぶ。
Δ S ̄ 2 = − R ln  X 2 {\displaystyle \Delta {\overline {S}}_{2}=-R\ln X_{2}}
また理想溶液においては溶解エンタルピー変化は0であるから、成分2の部分モル溶解ギブス自由エネルギーは以下のようになる。ここで T {\displaystyle T} は絶対温度である。
Δ G ̄ 2 = R T ln  X 2 {\displaystyle \Delta {\overline {G}}_{2}=RT\ln X_{2}}
二成分溶液において、各成分のフガシティー(理想系を仮定した蒸気圧) f 1 {\displaystyle f_{1}} 、 f 2 {\displaystyle f_{2}} は各成分のモル分率 X 1 {\displaystyle X_{1}} 、 X 2 {\displaystyle X_{2}} と以下の関係にある。
X 1 ( ∂ ln  f 1 ∂ X 1 ) P , T = X 2 ( ∂ ln  f 2 ∂ X 2 ) P , T {\displaystyle X_{1}\left({\frac {\partial \ln f_{1}}{\partial X_{1}}}\right)_{P,T}=X_{2}\left({\frac {\partial \ln f_{2}}{\partial X_{2}}}\right)_{P,T}}
溶質と溶媒との間の凝集力がファン・デル・ワールス力(厳密にはロンドン分散力)のみの場合、その溶液を正則溶液(せいそくようえき、regular solution)と呼ぶ。すなわち、静電相互作用(イオン結合)、会合(水素結合)、双極子相互作用(分極)等が作用しない溶液が正則溶液となる。正則溶液の語はヒルデブランド(J.H. Hildebrand)による命名である(1929年)。
経験的に正則溶液となる溶解(あるいは混合)は次のような場合が該当する。
混合熱は非ゼロ(発熱あるいは吸熱を生じる)
混合エントロピー変化は理想溶液と同等
正則溶液の性質は溶質、溶媒の溶解パラメーターの差に支配され、溶解度は理論的に溶解パラメーターで定式化することができる。
成分1と成分2が混合して溶液となるときの溶解熱を考えると以下のようになる。 成分1の蒸発エネルギーを Δ E 1 V {\displaystyle \Delta E_{1}^{V}} 成分2の蒸発エネルギーを Δ E 2 V {\displaystyle \Delta E_{2}^{V}} と置き、気体状態にある成分1: n 1 {\displaystyle n_{1}} molと成分2: n 2 {\displaystyle n_{2}} molがそれぞれ凝集して液体となるとき(混合しない)のエネルギーは以下のように表される。
− Δ E 0 = − ( n 1 Δ E 1 V + n 2 Δ E 2 V ) {\displaystyle -\Delta E_{0}=-(n_{1}\Delta E_{1}^{V}+n_{2}\Delta E_{2}^{V})}