溶解度:修订间差异
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*[[氯化物]]、[[溴化物]]及[[碘化物]](含[[银]]离子(Ag<sup>+</sup>)、[[铅]]离子(Pb<sup>2+</sup>)、亚[[铜]]离子(Cu<sup>+</sup>)或[[亞汞]]离子(Hg<sub>2</sub><sup>2+</sup>)的则不溶)<ref name="溶解度法則" /> |
2017年2月4日 (六) 11:12的版本
溶解性或溶解度(英語:Solubility)是指定溫、定壓時,每單位飽和溶液中所含溶質的量[1];也就是一种物质能够被溶解的最大程度,通常用體積莫耳濃度、質量百分濃度或「每100公克溶液能溶解的溶質重」表示之[2]。溶解度主要取决于溶质在溶劑中的溶解平衡常数(溶度積)、溫度、極性、和压强。相同溶質在不同溶劑下的溶解度不盡相同;相同溶劑在不同溶質下的溶解度不盡相同;即便是相同的溶質和溶液,在不同的環境因素下溶解度也不盡相同。
當溶質分子進入溶液時,因為分子可以自由移動,有些分子會碰撞到未溶解的晶體表面,並被吸引回到晶體表面攜出,即為結晶或沉澱。在分子不斷溶解和結晶的過程中,當溶解速率和結晶速率相等時,稱為溶解平衡。達到溶解平衡的溶液稱為飽和溶液,此時溶質的濃度定義為溶解度[1]。濃度低於溶解度的溶液稱為未飽和溶液;在某些特殊環境下,會產生濃度大於溶解度的溶液,稱為過飽和溶液。
如果一种溶质對溶液的溶解度很高,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;如果溶解度極低,则称这种物质是不溶或难溶的。習慣上,可溶、微溶、難溶這三種狀態分別以體積莫耳濃度和做為分野[1]。在中學教育階段,有時將每100mL溶剂中溶质的溶解度小于0.01g的物质称为难溶物质,在0.01~1克之间的为微溶,1~10克为可溶,10克以上为易溶[3]。
影響溶解度的因素
本性
根據溶液的化學結構和溶解度特性,溶質和溶剂通常分为两大类:极性和非极性。極性与物质溶解性的关系可以被概括为「相似相溶」:溶質和溶劑有相似性質時,會有較大的溶解度。極性分子溶於極性分子,非極性分子溶於非極性分子。精確的來說,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。常見的範例包括:
- 食盐,是一种离子化合物,它能在水中溶解,却不能在乙醇中溶解。
- 油脂,是一種非极性的共价化合物,他不能在水中溶解,卻反而在乙醇中溶解[1]。
- 若將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,反而會分离为两层,或形成看起来像牛奶一样的乳浊液。
溫度
根據勒沙特列原理,溶解為吸熱反應時,溶解度隨溫度升高而增加,常見的例子包括:
- 大部分的鹽類
溶解為放熱反應時,溶解度隨溫度升高而降低,例如:
右圖是一張常見固體鹽類的溶解度與溫度的關係圖,可以見到溶解為放熱反應的硫酸銫斜率為負,溶解為吸熱反應的硝酸鋇斜率為負。實驗上調配飽和溶液時,常常使用此等溶解度-溫度圖來判斷距離飽和點的距離;在關係曲線上方的數據點為過飽和溶液,在關係曲線上的點為飽和溶液,在關係曲線下方的點為未飽和溶液。
關係曲線中途折断的,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[4]。
压强
對固體和液體而言,理想溶液下,壓力對溶解度的關係可以用數學式表達為:
其中啞符號表示混和溶劑中的第種溶質,為其莫耳數,表示壓力,是其已溶部分的偏莫耳體積,是其未溶部分的偏莫耳體積,是理想氣體常數,表示一特定溫度[5]。通常,壓力對固體溶質、液體溶質的影響甚小,可以忽略[1]。但是其偶爾具有實際意義。 例如硫酸鈣(溶解度隨著壓力降低)或會引起油田和油井沉澱結垢,久而久之可能導致生產率降低。
對氣體而言,依據亨利定律,壓力對溶解度的關係可以用數學式表達為:
為一不受溫度引響之係數,是該氣體分壓, 為該氣體的體積莫耳濃度[6]。亨利定律常見的應用包括:
水作為溶劑時的溶解度
分子/原子结合方式 | 在水中的溶解性 | 例子 |
---|---|---|
离子 | 多数可溶 | 见下文 |
金属键 | 不溶 | 铁(Fe) |
除非它与水反应 | 钾(K) | |
极性共价键 | 有氢键则可溶 | 葡萄糖(C6H12O6) |
与水反应,之后溶解 | 盐酸(HCl) | |
不溶 | 乙醚(C2H5OC2H5) | |
非极性共价键 | 多数不溶 | 苯(C6H6) |
微溶 | 氧气(O2) | |
共价晶格 | 不溶 | 钻石 |
离子化合物
- 多為可溶性的鹽類
- 碱金属及含铵根(NH4+)的化合物
- 硝酸盐[7]
- 醋酸鹽(乙酸鹽)[7](含銀離子的微溶)
- 氯化物、溴化物及碘化物(含银离子(Ag+)、铅离子(Pb2+)、亚铜离子(Cu+)或亞汞离子(Hg22+)的则不溶)[7]
- 硫酸盐(含银离子(Ag+)、铅离子(Pb2+)、钡离子(Ba2+)、锶离子(Sr2+)或钙离子(Ca2+)的则不溶)[7]
- 多為不溶性的鹽類
- 碳酸盐(含碱金属或铵根的仍可溶)[7]
- 亚硫酸盐(含碱金属或铵根的仍可溶)
- 磷酸鹽(含鹼金属或銨根的仍可溶)[7]
- 氢氧化物及 氧化物(含碱金属、钡离子(Ba2+)、锶离子(Sr2+)、鉈離子(Tl+)或铵根的仍可溶,钙离子(Ca2+)微溶於水)[7]
- 硫化物(含碱金属、碱土金属或铵根的仍可溶)[7]
稀有气体
稀有气体随着原子序数的增大,在水中的溶解度也逐渐增大。如氦極難溶于水但氙能很好地溶于水中。
水作為溶劑時的溶解度
分子/原子结合方式 | 在水中的溶解性 | 例子 |
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离子 | 多数可溶 | 见下文 |
金属键 | 不溶 | 铁(Fe) |
除非它与水反应 | 钾(K) | |
极性共价键 | 有氢键则可溶 | 葡萄糖(C6H12O6) |
与水反应,之后溶解 | 盐酸(HCl) | |
不溶 | 乙醚(C2H5OC2H5) | |
非极性共价键 | 多数不溶 | 苯(C6H6) |
微溶 | 氧气(O2) | |
共价晶格 | 不溶 | 钻石 |
离子化合物
- 多為可溶性的鹽類
- 碱金属及含铵根(NH4+)的化合物
- 硝酸盐[7](部分肼配合物微溶或难溶)
- 醋酸鹽(乙酸鹽)[7](含銀離子的微溶)
- 氯化物、溴化物及碘化物(含银离子(Ag+)、铅离子(Pb2+)、亚铜离子(Cu+)或亞汞离子(Hg22+)的则不溶)[7]
- 硫酸盐(含银离子(Ag+)、铅离子(Pb2+)、钡离子(Ba2+)、锶离子(Sr2+)或钙离子(Ca2+)的则不溶)[7]
- 多為不溶性的鹽類
- 碳酸盐(含碱金属或铵根的仍可溶)[7]
- 亚硫酸盐(含碱金属或铵根的仍可溶)
- 磷酸鹽(含鹼金属或銨根的仍可溶)[7]
- 氢氧化物及 氧化物(含碱金属、钡离子(Ba2+)、锶离子(Sr2+)、鉈離子(Tl+)或铵根的仍可溶,钙离子(Ca2+)微溶於水)[7]
- 硫化物(含碱金属、碱土金属或铵根的仍可溶)[7]
稀有气体
稀有气体随着原子序数的增大,在水中的溶解度也逐渐增大。如氦極難溶于水但氙能很好地溶于水中。
相關條目
參考資料
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 吳, 德鵬; 林, 勝立; 徐, 英珠; 張, 明娟; 陳, 秀真; 曾, 玉亨; 楊, 淑芬. 武陵高中 基礎化學(一). 中華民國桃園市. 2016: 1–27.
- ^ 溶解度-九年级化学教案. 第一范文网 (中文(中国大陆)).
- ^ 《化学》(九年级 下册). 人民教育出版社. P36. 表:溶解度的相对大小
- ^ 南京大學大學化學實驗教學組. 溶解度、溶解度与温度的关系. chemlabs.nju.edu.cn. [2017-02-04].
- ^ E.M. Gutman. Mechanochemistry of Solid Surfaces. World Scientific Publishing Co. 1994.
- ^ 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.
- ^ 7.00 7.01 7.02 7.03 7.04 7.05 7.06 7.07 7.08 7.09 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 7.15 溶解度法則 (PDF). 國立台灣大學出版中心 (中文(臺灣)).