相似相溶(关于物质溶解性的经验规律)
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更新时间:2023-05-22
相似相溶
关于物质溶解性的经验规律
定义及解释
其他原理
溶液中溶质微粒和溶剂微粒的相互作用导致溶解。若溶质、溶剂都是非极性分子,如I和CCl,白磷和CS,相互作用以色散力为主;若一种为极性分子,另一种为非极性分子,如I和CHOH,相互作用是分子间作用力;在强极性分子间以取向力为主;若一种溶剂微粒是离子,在水中形成水合离子,在液氨中则形成氨合离子,其他溶剂中就是溶剂合离子。
简单地讲,若溶质微粒和溶剂微粒间相互作用和原先溶质微粒间、溶剂微粒间作用相近,则溶解的就会较多。这应当是相似相溶规律的基础,但是上述规律并不方便判断。于是人们总结出一个简易判断的规律:
相似相溶规律通常的说法是“极性相似的两者互溶度大”。例如,非极性、弱极性溶质易溶于非极性、弱极性溶剂,如I(非极性)分别在HO(强极性)、CHOH(弱极性)、CCl(非极性)中的溶解度(溶剂)依次为0.030(25℃)、20.5(15℃)、2.91(25℃)。又如O(非极性)在1mL HO、乙醚(弱极性)、CCl中溶解的体积(已换算至标准状况下体积)依次为:0.0308mL(20℃)、0.455mL(25℃)、0.302mL(25℃);白磷P4(非极性)能溶于CS(非极性),但红磷(巨型结构)却不溶。
有机物相似相溶。
大家可能已经看出:相似相溶规律是定性规律,通常仅能给出难溶、微溶、可溶的判断,如O、I易溶于弱极性、非极性溶剂,但不能认为非极性的O、I在CCl(非极性)中最易溶!!
再举一个例子:蒽和菲分子式相同,但前者为三个苯环“直”并,无极性,而后者为三个苯环“弯”并,稍有极性。现分别溶于苯中,若完全按照“相似相溶规律”判断的话,似乎蒽在苯中的溶解要多些,实测结果:蒽在苯中溶解度(),菲在苯中溶解度()。如何理解呢?(是不是觉得很高深很玄妙?)恩,请看更高更妙的解释——蒽,正因为是“直”的,所以分子间结合得紧,不容易分开,表现还有蒽的沸点较菲高,其摩尔体积小于菲的……
其实,相似相溶规律还有一种表述:“结构相似者可能互溶”,HOH、CHOH、CHOH、n-CHOH分子中都含-OH,且-OH所占“份额”较大,所以3种醇均可与水互溶,中虽含-OH,因其“份额”小,水溶性有限。可以料想,碳数增多,一元醇的水溶度将进一步下降。丙三醇(甘油)中含有-OH且“份额”较大,与水互溶。CHO(葡萄糖)中含5个-OH,因分子比HO大了许多,只是易溶于水。高分子淀粉(CHO)n的“分子”更大,只能部分溶解于水;而纤维素更大更高更妙,干脆难溶于水了。
甲苯稍有极性,却与非极性的苯混溶;萘能溶于苯和甲苯……
含有相同官能团,且分子大小相近,则它们的极性相近,例如CHOH、CHOH偶极矩分别1.69D和1.70D,所以,结构相似有时也反映在极性上,但极性相似却不一定是结构相似的反映!!!如硝基苯、苯酚CHOH的偶极矩分别为1.51D和1.70D,极性算是相近,但两者的20℃水溶度分别又如CHBr(1.8D)、CHI(1.6D)、CHOH(1.7D),极性相近,但20℃水溶度分别0、无穷。
可见,结构相似对溶解度的影响强于极性相似!!
顺便说一个金属互溶的问题:
金属互溶的问题是不是也可以看做是一种“相似相溶”呢,但这时,相似的不是极性,而主要是结构方面。