相似相溶原理

相似相溶原理

一、定义及解释

like dissolves like

相似相溶原理就是指由于极性分子间的电性作用,使得极性分子组成

的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,难溶于非极性分子组成的溶剂;非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂,难溶于极性分子组成的溶剂。

如abc三种物质,ab就是极性物质,c就是非极性物质,则ab之间溶解度大,ac或bc之间溶解度小。

(1)相似相溶原理就是一个关于物质溶解性的经验规律。例如水与乙醇

可以无限制地互相溶解,乙醇与煤油只能有限地互溶。因为水分子与乙醇分

子都有一个—OH基,分别跟一个小的原子或原子团相连,而煤油则就是由分子中含8个～16个碳原子组成的混合物,其烃基部分与乙醇的乙基相似,但与水毫无相似之处。

(2)结构的相似性并不就是决定溶解度的唯一原因。分子间作用力的类

型与大小相近的物质,往往可以互溶;溶质与溶剂分子的偶极距相似性也就

是影响溶解度的因素之一。

具体可以这样理解:

1.极性溶剂(如水)易溶解极性物质(离子晶体、分子晶体中的极性物质

如强酸等);

2.非极性溶剂(如苯、汽油、四氯化碳等)能溶解非极性物质(大多数有机物、Br2、I2等)

3.含有相同官能团的物质互溶,如水中含羟基(—OH)能溶解含有羟基

的醇、酚、羧酸。

另外,极性分子易溶于极性溶剂中,非极性分子易溶于非极性溶剂中。二、更高更妙的相似相溶原理

溶液中溶质微粒与溶剂微粒的相互作用导致溶解。若溶质、溶剂都就

是非极性分子,如I2与CCl4,白磷与CS2,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I2与C2H5OH,相互作用就是分子间作用力;在强极性分子间以取向力为主;若一种溶剂微粒就是离子,在水中形成

水合离子,在液氨中则形成氨合离子,其她溶剂中就就是溶剂合离子。

简单地讲,若溶质微粒与溶剂微粒间相互作用与原先溶质微粒间、溶剂

微粒间作用相近,则溶解的就会较多。这应当就是相似相溶规律的基础,但就是上述规律并不方便判断。于就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就是“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I2(非极性)分别在H2O(强极性)、C2H5OH(弱极性)、CCl4(非极性)中的溶解度(g/100g溶剂)依次为0、030(25℃)、20、5(15℃)、2、91(25℃)。又如O2(非极性)在1mLH2O、乙

醚(弱极性)、CCl4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CS2(非极性),但红磷(巨型结构)却不溶。

大家可能已经瞧出:相似相溶规律就是定性规律,通常仅能给出难溶、

微溶、可溶的判断,如O2、I2易溶于弱极性、非极性溶剂,但不能认为非极

性的O2、I2在CCl4(非极性)中最易溶！！

再举一个例子:蒽与菲分子式相同,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(0、63%),菲在苯中溶解度(18、6%)。如何理解呢？(就是不就

是觉得很高深很玄妙？)恩,请瞧更高更妙的解释——蒽,正因为就是

“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、

CH3OH、C2H5OH、n-C3H7OH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,n-C4H9OH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。C6H12O6(葡萄糖)中含5个-OH,因分子比H2O 大了许多,只就是易溶于水。高分子淀粉(C6H10O5)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;萘能溶于苯与甲苯……　

含有相同官能团,且分子大小相近,则它们的极性相近,例如CH3OH、

C3H7OH偶极矩分别1、69D与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就是结构相似的反映！！！如硝基苯C6H5NO2、苯酚

C6H5OH的偶极矩分别为1、51D与1、70D,极性算就是相近,但两者的20℃水溶度分别0、19%、8、2%。又如C3H7Br(1、8D)、C3H7I(1、6D)、C3H7OH(1、7D),极性相近,但20℃水溶度分别0、24%、0、11%、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:

(1)两种金属A、B晶体结构类型相同,原子半径差值小(一般<15%),如Ag(144、2pm)与Au(143、9pm)都就是面心立方堆积,半径相似,两者无相互溶;

(2)半径差>15%时,金属间部分溶解,如Mg在Cu或Ag中部分溶;

(3)价相同,金属间互溶度大,钾钠合金互溶为导热系统,伍德合金

(Sn+Pb)互溶制保险丝;

(4)电负性相近,金属间互溶度大。Cr、Mo、W在Na、K中难溶在Cu、Ag中较“易”溶

金属互溶的问题就是不就是也可以瞧做就是一种“相似相溶”呢,但这时,相似的不就是极性,而主要就是结构方面。

相似相溶规律应当从也需要从结构角度解释。虽然热力学可以说明一

些问题,但就是主要就是将现象赋予数学化与理论化,若继续追问起来为什么,如“为什么KNO3溶解焓就是负值？而KOH的溶解焓为正值(吸热)？”“为什么溶解熵效应就是这样如此这般的？”……恐怕还就是要

求助于结构理论,上溯到更为深刻的道理上来。