大多数实验室中观察到的无机化学反应,主要是在水溶液中进行的,当以其他溶剂代替水时,却能得到与水中不同的反应结果。许多在水中不能发生的反应,在其他溶剂中则可以发生或者向相反方向进行,这不仅仅是理论上感兴趣的问题,而且在工农业生产中也具有重要的意义。因此,应用除水以外的溶剂,即非水溶剂的化学便发展起来了。本文就溶剂化学最基本的问题,如溶剂的概念、分类,溶质溶剂的相互作用,溶剂的性质等作一介绍。
溶剂的基本概念
在自然界和工农业生产中,经常遇到一种或几种物质以分子或离子的状态,均匀地分布在另一种物质中的分散系统,此系统称为溶液(solu—tion)。溶液可以是液态、气态或固态。如空气,属气态溶液,钢、黄铜是固态溶液,但是通常我们所说的溶液是指液态溶液。溶液中,量多的成分叫溶剂(solvent),量少的成分叫溶质(solute)。因此,从广义上来说,溶剂是指在均匀混合物中含有一种过量存在的组分,狭义上说,溶剂是指在化学组成上不发生任何变化并能溶解其他物质(一般指固体)的液体,或者与固体发生化学反应并将固体溶解的液体。凡气体或固体溶于液体时,液体为溶剂,气体和固体为溶质。两种液体相互溶解时,一般把量多的叫溶剂,量少的叫溶质。如:在啤酒中,乙醇含量为4%,所以水是溶剂;而在白酒中,乙醇含量为60%,所以乙醇是溶剂。
溶解过程
溶解过程是指从两种纯物质,即溶剂和溶质开始,以生成它们的分子混合物,即溶液而结束。欲使这一溶解过程能够进行,古布斯能的变化必须是负的。
溶解过程比较复杂,为便于研究,我们将溶解过程分为两个吸热过程和一个放热过程。
1.当溶质溶解时,需要克服溶质分子与其他相邻的分子之间的相互作用,需吸热,此过程为一吸热过程。
2.溶质质点被相互分开后,进入溶剂中。由于溶剂分子间也有相互作用,为接纳溶质分子也需吸收能量。故此过程也为吸热过程。
3.溶质分子分散进人溶剂后,与邻近的溶剂分子相互作用,会放出热量。这一过程为放热过程。如果第一步和第二步的能量损失较小,第三步得到的能量较大,总的焓变就更负。溶解容易发生。
如何理解有的物质在溶剂中可以任何比例溶解,有的物质部分溶解,有的物质不溶解?一般可以从下列几个方面考虑:
(1)相同YJ J:或原子间的引力与不同分子或原子间的引力的相互关系;
(2)分子极性引起的分子缔合程度;
(3)分子复合物的生成;
(4)溶剂化作用;
(5)溶剂、溶质的相对分子质量;
(6)溶解活性基团的种类和数目。
除考虑上述几个方面之外,关于溶解度,还有条经验规则可以使用,即化学组成类似的物质相互易溶解,也就是极性溶剂易溶解极性物质,非极性溶剂易溶解非极性物质。如:水、甲醇和乙酸之间可以互溶;苯、甲苯和乙醚之间也可互溶,但水与苯、甲苯则不能自由混溶。
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