1
无机化学
1.7.2.1 4.2.1 溶解
4.2.1 溶解

溶液的形成过程就是溶质溶解于溶剂的过程,它总是伴有体积、颜色以及能量的变化。溶质的溶解过程和溶解后的状态与溶质和溶剂双方的性质有关。

1)溶解和水合作用

在乙醇溶液中,溶质以分子的形式存在,这种溶液称为分子溶液。许多固体溶质也以分子的形式离开固相,并存在于溶液中,如葡萄糖。

在NaCl 溶解的过程中,溶质以离子的形式离开固相进入溶液,称为离子溶液;因其具有导电性,故也称为电解质溶液。溶质的正、负离子分别吸引水分子中的氧原子和氢原子,使得每个离子都被水分子包围着,这种现象称作水合作用(一般称为溶剂化作用)。离子离开晶格需要吸收能量,而它们与溶剂分子相互吸引、生成水合离子会释放能量,这两种能量之差,决定着溶解过程是吸热还是放热。

2)溶解度和“相似相溶”

关于溶解度的规律至今尚无完整的理论,因此无法准确预言气体、液体和固体在液体中的溶解度。但在归纳了大量实验事实的基础上,人们总结出了经验规律——“相似相溶”原理。这里“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似;“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。例如,水分子间有较强的氢键,水分子既可以为生成氢键提供氢原子,又因其中氧原子上有孤对电子而能接受其他分子提供的氢原子,氢键是水分子间的主要结合力。所以,凡能为生成氢键提供氢或接受氢的溶质分子,均和水“结构相似”。如ROH(醇)、RCOOH(羧酸)、R2C═O(酮)、RCONH2(酰胺)等,均可通过氢键与水结合,在水中有相当的溶解度。当然上述物质中R 基团的结构与大小对其在水中的溶解度也有影响。如:ROH(醇),随R 基团的增大,分子中非极性的部分增大,这样与水(极性分子)结构差异就增大,所以在水中的溶解度也逐渐下降,见表4.2。

表4.2 醇在水中的溶解度(室温)

对于气体和固体溶质来说,“相似相溶”原理也适用。对于结构相似的一类气体,沸点越高,它的分子间作用力越大,就越接近于液体,因此在液体中的溶解度也越大。如O2 的沸点(90 K)高于H2 的沸点(20 K),所以O2 在水中的溶解度大于H2 的溶解度。

对于结构相似的一类固体溶质,其熔点越低,则其分子间作用力越小,也就越接近于液体,因此在液体中的溶解度也越大,即物质容易溶解在与其结构相似的溶剂中(也可以说极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂)。如碘、油脂等非极性物质,易溶于四氯化碳、苯等非极性溶剂中,而难溶于强极性的水中;氯化钠、氨等强极性物质易溶于强极性的水中,而难溶于非极性溶剂中。“相似相溶”虽为经验规则,但可运用于推测物质在不同溶剂中的溶解能力。

“相似相溶”概括了大量的实验现象,既适用于非电解质溶液,也适用于许多电解质溶液。例如,KMnO4 易溶于极性溶剂H2O,I2 易溶于非极性溶剂CCl4,而KMnO4 则难溶于CCl4,I2 也难溶于H2O;CCl4 和H2O 这两种溶剂也互不相溶。