《物質(zhì)的溶解性》物質(zhì)的溶解PPT課件2
同一物質(zhì)在不同溶劑中溶解度大不相同
食鹽溶于水，但幾乎不溶于苯；
乙醚易溶于苯而微溶于水；
生活中衣服上的油跡易溶于汽油而不溶于水；
AgCl不溶于水，而AgNO3易溶于水；
相似相溶規(guī)律
結(jié)構(gòu)相似的化合物容易互溶；結(jié)構(gòu)相差很大的化合物不易互溶。
問(wèn)題：
辛醇，高級(jí)脂肪酸均是極性分子，為什么不溶于水？
碳酸鈣、硫酸鋇均是離子型化合物，為什么不溶于水？
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一、從物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度闡明溶解性規(guī)律
1.溶解是物理化學(xué)過(guò)程
氫氧化鈉和硝酸鈉溶解時(shí)發(fā)生熱量變化
氫氧化鈉溶液溫度升高
硝酸鈉溶液溫度降低
形成溶液后，體積減小；
形成溶液后，體積增大。
發(fā)生顏色變化：無(wú)水硫酸銅溶于水中，得到藍(lán)色溶液。
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2.影響溶解性的因素
混亂度增加
自然界中，在不需要外界提供顯著能量的情況下，體系總是傾向于增加混亂度。
例子：O2、NO2混合
能量效應(yīng)
微粒間作用力總是傾向于變成大的。
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二、結(jié)構(gòu)單元是分子時(shí)溶質(zhì)的溶解性（只考慮溶劑是液體的情況）
液－液相溶
固－液相溶
氣－液相溶
(1) 液—液相溶
a、戊烷、己烷以任意比互溶
分析：分子結(jié)構(gòu)相似，分子間作用力相近，就容易互溶。
溶解動(dòng)力——混亂度增加
問(wèn)題：苯和乙醚能夠互溶嗎？
苯是非極性分子，乙醚是弱極性分子，分子間作用力均以色散力為主，結(jié)果是完全互溶。
b、乙醇—H2O完全互溶
分析：溶解時(shí)環(huán)境變化不大，溶解動(dòng)力—混亂度增加
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一些低分子量的含氧有機(jī)物能溶于水，在于其分子結(jié)構(gòu)存在下列特點(diǎn)：
一般都是極性分子，靜電力在分子中占有的比重較大；
在液態(tài)時(shí)，分子間也可能形成氫鍵。
甲醇、乙醇
低分子量的醛、酮，如丙酮是極性分子，分子間無(wú)氫鍵，但與水分子間可形成氫鍵�；旧喜粶p少單位體積液體中分子間的氫鍵數(shù)，又使丙酮和水分子的無(wú)序程度增加，能量降低，易溶于水。（乙醚）
辛醇（極性分子，有氫鍵）與水？
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總結(jié)：液－液相溶的三種情況
兩種液體可以任何比例無(wú)限止地互溶，即完全互溶。
乙醇與水；甘油與水；苯與乙醚；四氯化碳與氯仿
在一定溫度下，相互之間有一定的溶解度
乙醚一滴一滴地加入水中，或?qū)⑺坏我坏蔚丶尤胍颐阎校鸪醵汲删鶆蛉芤�。但繼續(xù)加入，溶液就分兩層，上層是水在乙醚中所形成的飽和溶液（約含3％的水），下層是乙醚在水中的飽和溶液（約含7％的乙醚）。
兩種液體幾乎完全不溶
石油與水；汞與水
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規(guī)律1、在同一溶劑中一般是沸點(diǎn)高的氣體易溶解
原因：氧分子所含的電子數(shù)較氮分子多，電子云受到兩核的吸引力較小，所以氧分子的極化率比氮分子大，與水分子作用時(shí)的色散力、誘導(dǎo)力均較氮分子強(qiáng)，故在水中的溶解度比氮分子大。
規(guī)律2、非極性氣體一般易溶于非極性溶劑，極性氣體一般易溶于極性溶劑
1體積苯（非極性溶劑）可溶解3.5體積氫，只能溶解0.02體積氨！
規(guī)律3、從化學(xué)性質(zhì)考慮，凡能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體或溶于水易電離的那些氣體在水中溶解度都較大，因?yàn)檫@些氣體在水中不僅僅是溶解。
如：20℃時(shí)HCl和NH3在水中的溶解度都非常大。
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三、無(wú)機(jī)鹽在水中的溶解性
固體內(nèi)部——離子間作用力 強(qiáng) 難溶
水合離子——離子—偶極水分子作用力 強(qiáng) 易溶
影響晶格能和水合能的因素
①離子半徑
陰陽(yáng)離子以一大一小結(jié)合，則有利于水合能，不利于晶格能，這樣的鹽類易溶。
例如堿金屬鹵化物中Li+很小，它與大的陰離子Cl-、Br-、I-等生成的鹽易溶于水
F-、CH3COO-較小，他們與大的陽(yáng)離子Na+、K+、Rb+、Cs+生成的鹽就較易溶于水
②離子電荷
電荷越高，一般晶格能增長(zhǎng)顯得更突出，將不利于鹽類的溶解。
Na+、K+、NH4+、NO3-、Cl-、Ac-的鹽類大多易溶
CO32-、PO43-、S2-等鹽大多難溶
③陰陽(yáng)離子堆積方式
r-/r+=1.4左右時(shí)，晶體間陰陽(yáng)離子吸引力較大。在這種比值時(shí)，陰、陽(yáng)離子分別被6—8個(gè)異號(hào)離子包圍，陰陽(yáng)離子接觸較好，能得到較大晶格能，這時(shí)能使晶格能發(fā)揮較大優(yōu)勢(shì)，阻止鹽類溶解。
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常見(jiàn)鹽類的溶解性規(guī)律：
1、所有堿金屬鹽（包括銨鹽）及其氫氧化物均可溶于水；
2、所有硝酸鹽、醋酸鹽都可溶于水；
3、硫酸鹽大多能溶，只有BaSO4、PbSO4難溶，CaSO4、Ag2SO4、Hg2SO4微溶；
4、氯化物大多能溶，只有AgCl、Hg2Cl2難溶，PbCl2微溶；
5、硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽、亞硫酸鹽及硅酸鹽，除鉀、鈉、銨鹽外，通常都是難溶于水的；
6、堿類中，氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇能溶，氫氧化鈣微溶，其它難溶。
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氫氧化鈣的溶解度隨溫度升高而降低：
氫氧化鈣有兩種水合物：Ca(OH)2·2H2O和Ca(OH)2·1/2 H2O。
這兩種水合物的溶解度都較大，無(wú)水氫氧化鈣的溶解度很小。
隨著溫度升高，結(jié)晶水合物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水氫氧化鈣。
五、其它因素的影響－電解質(zhì)存在
鹽效應(yīng)：PbSO4溶液中加入NaNO3，使PbSO4溶解度增大。
同離子效應(yīng)：飽和KClO4中加入KCl或飽和KClO4中加入NaClO4，使KClO4溶解度下降。
鹽效應(yīng)對(duì)非電解質(zhì)在水中溶解度的影響
鹽析：若把某種鹽加入非電解質(zhì)飽和溶液中，溶解度下降，有非電解質(zhì)析出；
鹽溶：若溶解度增加。
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六、溶解度參數(shù)
溶解時(shí)分子間作用力的情況
F11——溶質(zhì)分子間作用力，F(xiàn)22——溶劑分子間作用力，
F12——溶質(zhì)—溶劑分子間作用力
1、若F11=F22，則F11=F22=F12，易溶；
2、若F11>>F22或F22>>F11，要足夠的能量才能打開(kāi)溶質(zhì)或溶劑分子間力，以重新形成溶質(zhì)—溶劑分子間力，才能發(fā)生溶解。
對(duì)溶質(zhì)、溶劑分子間力的描述——溶解度參數(shù)δ
液體溶劑，可用摩爾蒸發(fā)能來(lái)衡量其內(nèi)部作用力大小，ΔE——內(nèi)聚能密度，V——摩爾體積，δ（溶解度參數(shù)）——溶解度參數(shù)是分子間力的一種量度，對(duì)高聚物，δ與鏈段結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)樵诟呔畚锶芙鈺r(shí)是鏈段作為體積對(duì)等單位與溶劑分子互換位置的。
例：雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂
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1、溶解度參數(shù)的測(cè)定
原理：溶解度參數(shù)是分子間力的一種量度，反映分子間力的各種物理常數(shù)均應(yīng)與δ有關(guān)；理論上，可將分子間力看作是組成物質(zhì)分子的化學(xué)基團(tuán)及原子相互作用的反映，找出反映這種相互作用的各基團(tuán)及原子的引力常數(shù)，它們具有加和性，從而定量算出δ值；實(shí)驗(yàn)上，根據(jù)已知溶解度參數(shù)的物質(zhì)和某物質(zhì)之間的相溶性，從實(shí)驗(yàn)上測(cè)定之。
由物理常數(shù)蒸發(fā)熱求δ，δ與蒸發(fā)熱的關(guān)系如下：ΔE0
kcal/molΔ E—摩爾蒸發(fā)能，V—摩爾體積，
ΔH—摩爾蒸發(fā)潛熱（cal/mol），
—密度（g/mol），M—摩爾分子量，
R—氣體常數(shù)（1.986），T—絕對(duì)溫度。
2、根據(jù)溶解度參數(shù)判斷高聚物可溶性
溶質(zhì)、溶劑的δ值相近，δ1與δ2的差值小于1.3—1.8時(shí)，就可互相溶解。
例1：聚氨酯樹(shù)脂δ—10.3，若選用二甲苯8.8或γ—丁內(nèi)酮12.6，與10.3有一定差值，可選用混合溶劑：δ混=0.338.8+0.67×12.6=10.6，33%的二甲苯和67%的γ—丁內(nèi)酮形成的混合溶劑。
例2：聚四氟乙烯δ=5.8—6.4，很難找到合適溶劑。
例3：聚氯乙烯δ=9.7，聚碳酸酯δ=9.5，可選：二氯甲烷δ—9.7、CHCl3δ—9.3、環(huán)己酮δ—9.9、四氫呋喃δ—9.1，實(shí)際情況：聚氯乙烯用環(huán)己酮或四氫呋喃作溶劑，聚碳酸酯用氯仿或二氯甲烷作溶劑，考慮溶劑化原則，
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溶解度參數(shù)的一些應(yīng)用舉例
1、溶劑的配方設(shè)計(jì)
δ混=Φ1δ1+Φ2δ2+Φ3δ3+…+Φnδn=
Φ—各組分的體積分?jǐn)?shù)，δ—各組分的溶度參數(shù)
溶度參數(shù)相近原則
配制涂料溶劑時(shí)的三原則 極性相似原則
溶劑化原則
2、設(shè)計(jì)耐腐蝕聚合物 Δδ=|δ1-δ2|
Δδ<1.7 不耐腐蝕
耐腐蝕性能 Δδ>2.5 耐腐蝕
Δδ=1.7—2.5 有條件的耐或不耐
利用溶度參數(shù)的差值Δδ設(shè)計(jì)耐腐蝕的聚合物涂料。
根據(jù)化學(xué)基團(tuán)和原子的引力常數(shù)值，調(diào)整聚合物的組成，——通過(guò)單體配料比的改變，而獲得具有指定溶解度參數(shù)的聚合物。
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