溶解性
影響溶解度的因素
本性
根據(jù)溶液的化學(xué)結(jié)構(gòu)和溶解度特性,溶質(zhì)和溶劑通常分為兩大類(lèi):極性和非極性。極性與物質(zhì)溶解性的關(guān)系可以被概括為“相似相溶”:溶質(zhì)和溶劑有相似性質(zhì)時(shí),會(huì)有較大的溶解度。極性分子溶于極性分子,非極性分子溶于非極性分子。精確的來(lái)說(shuō),極性溶劑能夠溶解離子化合物以及能離解的共價(jià)化合物,而非極性溶劑則只能夠溶解非極性的共價(jià)化合物。常見(jiàn)的范例包括:
食鹽,是一種離子化合物,它能在水中溶解,卻不能在乙醇中溶解。
油脂,是一種非極性的共價(jià)化合物,他不能在水中溶解,卻反而在乙醇中溶解 。
若將不能互溶的水及非極性溶劑放在一起,它們不會(huì)形成均一的混合物,反而會(huì)分離為兩層,或形成看起來(lái)像牛奶一樣的乳濁液。
溫度
根據(jù)勒沙特列原理,溶解為吸熱反應(yīng)時(shí),溶解度隨溫度升高而增加,常見(jiàn)的例子包括:
大部分的鹽類(lèi)
溶解為放熱反應(yīng)時(shí),溶解度隨溫度升高而降低,例如:
氣體
強(qiáng)電解質(zhì)
部分硫酸鹽類(lèi)(如硫酸鈣)
部分碳酸鹽類(lèi)(如碳酸鈣)
右圖是一張常見(jiàn)固體鹽類(lèi)的溶解度與溫度的關(guān)系圖,可以見(jiàn)到溶解為放熱反應(yīng)的硫酸銫斜率為負(fù),溶解為吸熱反應(yīng)的硝酸鋇斜率為負(fù)。實(shí)驗(yàn)上調(diào)配飽和溶液時(shí),常常使用此等溶解度-溫度圖來(lái)判斷距離飽和點(diǎn)的距離;在關(guān)系曲線上方的數(shù)據(jù)點(diǎn)為過(guò)飽和溶液,在關(guān)系曲線上的點(diǎn)為飽和溶液,在關(guān)系曲線下方的點(diǎn)為未飽和溶液。
關(guān)系曲線中途折斷的,表示在相應(yīng)于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度時(shí),溶液組成發(fā)生了變化。例如硫酸鈉的溶解度曲線在305.4K有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),表示在305.4K由 N a 2 S O 4 ? ? --> 10 H 2 O {\displaystyle Na_{2}SO_{4}\cdot 10H_{2}O} 脫水轉(zhuǎn)化成 N a 2 S O 4 {\displaystyle Na_{2}SO_{4}} 。
壓強(qiáng)
固體和液體
對(duì)固體和液體而言,理想溶液下,壓力對(duì)溶解度的關(guān)系可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為:
( ? ? --> ln ? ? --> N i ? ? --> P ) T = ? ? --> V i , a q ? ? --> V i , c r R T {\displaystyle \left({\frac {\partial \ln N_{i}}{\partial P}}\right)_{T}=-{\frac {V_{i,aq}-V_{i,cr}}{RT}}}
其中啞符號(hào) i {\displaystyle i} 表示混和溶劑中的第 i {\displaystyle i} 種溶質(zhì), N i {\displaystyle N_{i}} 為其莫耳數(shù), P {\displaystyle P} 表示壓力, V i , a q {\displaystyle V_{i,aq}} 是其已溶部分的偏莫耳體積, V i , c r {\displaystyle V_{i,cr}} 是其未溶部分的偏莫耳體積, R {\displaystyle R} 是理想氣體常數(shù), T {\displaystyle T} 表示一特定溫度 。通常,壓力對(duì)固體溶質(zhì)、液體溶質(zhì)的影響甚小,可以忽略 。但是在某些情況下此一性質(zhì)極為重要,例如在礦業(yè)中,硫酸鈣(溶解度隨著壓力降低)或會(huì)引起油田和油井沉淀結(jié)垢,久而久之可能導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。
氣體
對(duì)氣體而言,依據(jù)亨利定律,壓力對(duì)溶解度的關(guān)系可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為:
k H {\displaystyle k_{H}} 為一不受溫度引響之系數(shù), p {\displaystyle p} 是該氣體分壓, c {\displaystyle c} 為該氣體的體積莫耳濃度 。亨利定律常見(jiàn)的應(yīng)用包括:
當(dāng)汽水瓶打開(kāi)時(shí),會(huì)有氣體逸出,乃是因?yàn)槠可w打開(kāi)時(shí),壓力降低造成二氧化碳溶解度降低而釋出。
水作為溶劑時(shí)的溶解度
離子化合物
堿金屬及含銨根(NH 4 )的化合物
硝酸鹽
醋酸鹽(乙酸鹽) (含銀離子的微溶)
氯化物、溴化物及碘化物(含銀離子(Ag )、鉛離子(Pb )、亞銅離子(Cu )或亞汞離子(Hg 2 )的則不溶)
硫酸鹽(含銀離子(Ag )、鉛離子(Pb )、鋇離子(Ba )、鍶離子(Sr )或鈣離子(Ca )的則不溶)
碳酸鹽(含堿金屬或銨根的仍可溶)
亞硫酸鹽(含堿金屬或銨根的仍可溶)
磷酸鹽(含堿金屬或銨根的仍可溶)
氫氧化物及氧化物(含堿金屬、鋇離子(Ba )、鍶離子(Sr )、鉈離子(Tl )或銨根的仍可溶,鈣離子(Ca )微溶于水)
硫化物(含堿金屬、堿土金屬或銨根的仍可溶)
稀有氣體
稀有氣體隨著原子序數(shù)的增大,在水中的溶解度也逐漸增大。如氦極難溶于水但氙能很好地溶于水中。
相關(guān)條目
溶度積
分配系數(shù) (LogP)
濃度
互溶
參考資料
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