溶解性 - Wikiwand
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溶解性

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溶解性溶解度(英语:Solubility)是指定温、定压时,每单位饱和溶液中所含溶质的量[1];也就是一种物质能够被溶解的最大程度或饱和溶液的浓度[2]。通常用体积摩尔浓度质量百分浓度或“每100公克溶剂能溶解的溶质重”表示之[3]。溶解度主要取决于溶质溶剂中的溶解平衡常数(溶度积)温度极性、和压强。相同溶质在不同溶剂下的溶解度不尽相同;相同溶剂在不同溶质下的溶解度不尽相同;即便是相同的溶质和溶液,在不同的环境因素下溶解度也不尽相同[2]

当溶质分子进入溶液时,因为分子可以自由移动,有些分子会碰撞到未溶解的晶体表面,并被吸引回到晶体表面析出,此即为结晶或沉淀。在分子不断溶解和结晶的过程中,当溶解速率和结晶速率相等时,称为溶解平衡。达到溶解平衡的溶液称为饱和溶液,此时溶质的浓度定义为溶解度[1]。浓度低于溶解度的溶液称为未饱和溶液;在某些特殊环境下,会产生浓度大于溶解度的溶液,称为过饱和溶液[2]

如果一种溶质对溶液的溶解度很高,我们就说这种物质是可溶的;如果溶解度不高,称这种物质是微溶的;如果溶解度极低,则称这种物质是不溶难溶的。在中国大陆,将每100mL溶剂溶质的溶解度小于0.01g的物质称为难溶物质,在0.01~1之间的为微溶,1~10为可溶,10以上为易溶[4]

影响溶解度的因素

极性

因为共价键原子间的电负性差异,使各原子对键结电子对的吸引力不尽相同。而当所有的吸引力造成的极矩无法平衡时,我们称分子具有极性[5]。极性与物质溶解性的关系可以被概括为“相似相溶”:极性溶剂能够溶解离子化合物以及能离解的共价化合物,而非极性溶剂则只能够溶解非极性的共价化合物。这是因为极性分子和极性溶剂可以以静电力结合互溶,而非极性分子和非极性溶剂则以凡德瓦力相互作用力形成紊乱的分子混合物[6]。常见的范例包括:

  • 食盐,是一种离子化合物,它能在中溶解,却不能在乙醇中溶解。
  • 油脂,是一种非极性的共价化合物,他不能在中溶解,却反而在乙醇中溶解[1]
  • 若将不能互溶的水及非极性溶剂放在一起,它们不会形成均一的混合物,反而会分离为两层,或形成看起来像牛奶一样的乳浊液

温度

根据勒沙特列原理,溶解为吸热反应时,溶解度随温度升高而增加[5],常见的例子包括:

  • 大部分的盐类

溶解为放热反应时,溶解度随温度升高而降低,例如:

右图是一张常见固体盐类的溶解度与温度的关系图,可以见到溶解为放热反应的硫酸铈斜率为负,溶解为吸热反应的硝酸钡斜率为正。实验上调配饱和溶液时,常常使用此等溶解度-温度图来判断距离饱和点的距离;在关系曲线上方的数据点为过饱和溶液,在关系曲线上的点为饱和溶液,在关系曲线下方的点为未饱和溶液。

关系曲线中途折断的,表示在相应于转折点的温度时,溶液组成发生了变化。例如硫酸钠的溶解度曲线在305.4K有一个转折点,表示在305.4K由脱水转化成[7]

压强

固体和液体

对固体和液体而言,理想溶液下,压力对溶解度的关系可以用数学式表达为:

其中符号表示混合溶剂中的第种溶质,为其摩尔数表示压力,是其已溶部分的偏摩尔体积,是其未溶部分的偏摩尔体积,理想气体常数表示一特定温度[8]。通常,压力对固体溶质、液体溶质的影响甚小,可以忽略[1]。但是在某些情况下此一性质极为重要,例如在矿业中,硫酸钙(溶解度随着压力降低)或会引起油田和油井沉淀结垢,久而久之可能导致生产率降低[9]

气体

对气体而言,依据亨利定律,压强对溶解度的关系可以用数学式表达为:

为一不受温度影响之系数,是该气体分压 为该气体的体积摩尔浓度[10]。亨利定律常见的应用包括:

  • 汽水瓶打开时,会有气体逸出,乃是因为瓶盖打开时,压强降低造成二氧化碳溶解度降低而释出。

原子半径

稀有气体间的吸引力主要为凡德瓦力。由于极化性的增加以及电离能的减少,此力会与原子半径呈正相关。因此,随着原子序增加,稀有气体原子在水中的溶解度也增加。如极难溶于水,但能很好地溶于水中[11]

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参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 吴, 德鹏; 林, 胜立; 徐, 英珠; 张, 明娟; 陈, 秀真; 曾, 玉亨; 杨, 淑芬. 基礎化學. 桃园市. 2016: 1–27. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 溶解度. 教育部教育云. [2017-07-14]. 
  3. ^ 溶解度-九年级化学教案. 第一范文网 (中文(中国大陆)‎). 
  4. ^ 王, 晶; 郑, 长龙. 人教版初中《化学》九年级上册. 北京: 人民教育出版社. 2012: 36. 
  5. ^ 5.0 5.1 Mortimer, Charles E. 吴, 惠平, 编. 大學化學. 台北: 科技图书. 1995. ISBN 9576552362. 
  6. ^ 林秀蓁; 陈蔼然. 電負度(Electronegativity)、溶解度(Solubility)、酸的強度(Acidity). 2012-12-30 [2017-07-14]. 
  7. ^ 南京大学大学化学实验教学组. 溶解度、溶解度与温度的关系. chemlabs.nju.edu.cn. [2017-02-04]. 
  8. ^ E.M. Gutman. Mechanochemistry of Solid Surfaces. World Scientific Publishing Co. 1994. 
  9. ^ 陈大钧. 油田水的防垢和除垢技术. 西南石油大学. 2007 [2017-07-14]. [永久失效链接]
  10. ^ G.W. Greenwood. The Solubility of Gas Bubbles. Journal of Materials Science. 1969, 4 (4): 320–322. Bibcode:1969JMatS...4..320G. doi:10.1007/BF00550401. 
  11. ^ (英文)Dyadin, Yuri A.; 等. Clathrate hydrates of hydrogen and neon. Mendeleev Communications. 1999, 9 (5): 209–210. doi:10.1070/MC1999v009n05ABEH001104. 
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