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溶解性

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溶解性溶解度英语: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公克溶劑能溶解的溶質重」表示之[2]。溶解度主要取决于溶质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做為分野[1]。在中學教育階段,有時將每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[3]

影響溶解度的因素[编辑]

本性[编辑]

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[编辑]

SolubilityVsTemperature.png

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正。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[编辑]

固體和液體[编辑]

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,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]。但是在某些情況下此一性質極為重要,例如在礦業中,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。

氣體[编辑]

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:

  • 汽水瓶打開時,會有氣體逸出,乃是因為瓶蓋打開時,壓力降低造成二氧化碳溶解度降低而釋出。

水作為溶劑時的溶解度[编辑]

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 (Fe)
除非它与水反应 (K)
极性共价键 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 (C6H6
微溶 氧气(O2
共价晶格 不溶 钻石

离子化合物[编辑]

多為可溶性的鹽類
多為不溶性的鹽類

稀有气体[编辑]

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。如極難溶于水但能很好地溶于水中。

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 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). 桃園市. 2016: 1–27. 
  2. ^ 溶解度-九年级化学教案. 第一范文网 (中文(中国大陆)‎). 
  3. ^ 王, 晶; 鄭, 長龍. 人教版初中《化学》九年级上册. 北京: 人民教育出版社. 2012: 36. 
  4. ^ 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]. 
  5. ^ E.M. Gutman. Mechanochemistry of Solid Surfaces. World Scientific Publishing Co. 1994. 
  6. ^ 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. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 (部分肼配合物微溶或难溶)溶解度法則 (PDF). 國立台灣大學出版中心 (中文(台灣)‎).