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阅读 4378 次 历史版本 1个 创建者:莱布尼 (2010/7/5 3:40:26)  最新编辑:莱布尼 (2010/7/5 3:52:36)
溶液
拼音:rongye
英文:solution
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  溶液,是由兩種以上物質組成的均勻、穩定的分散體系,被分散的物質(溶質)以分子或更小的質點分散於另一物質(溶劑)中。溶液是混合物。溶液的組成比有一定的連續變化範圍,溶液的性質隨組成比而連續變化,均勻是指在這個單一相中物質的分散程度達到分子水平。具有上述特征的實體可能是氣態的、固態的或是液態的,溶液一詞習用上是專指液體溶液,特别是水溶液;對於液-液組成的溶液在多數事例中稱爲混合物。
  
  對於氣體或固體溶於液體而成的溶液,習慣上把氣體或固體叫溶質,液體叫溶劑;對於兩種液體所組成的溶液,則把含量較多的組分叫溶劑,少者叫溶質,它們具有相對的意義。
  
  在自然界中純物質極少,溶液是最主要的物質存在形式。人體中的體液是溶液,不知道溶液性質就不能了解生命現象;黄銅是銅和鋅的溶液(合金);空氣則是由氮氣、氧氣、稀有氣體等組成的氣體混合物。要了解這些物質,就需要了解溶液性質的基本規律和内在原因。又如在許多工業過程中,反應必須在溶液中才容易發生和控制,溶劑環境影響着化學反應的機理和速率;化工生產中的萃取、蒸餾、鹽析等操作和生物學、地球化學、地質學等學科研究中都涉及溶液,因此,溶液問題在化學和這些學科中占有重要位置。
  

溶解度

 
  溶解是人們經常遇到的現象,不同物質形成溶液的可能性和溶解度的大小等問題,早爲人們所關注,但迄今認識上還很不成熟。早期人們根據一些經驗來認識它。例如,水是具有多羥基分子物質的良溶劑;烴類易於相互溶解;二硫化碳是硫和碘的良溶劑,而對分子中具有極性集團的物質則是不良溶劑。所以,曾以一句諺語“相似者相溶”來描述這種溶解的特性。然而,隨着溶液種類的增多,發現這個原則不能概括許多事例,例如甲醇和苯、水和二甲基甲醯胺、苯胺和二乙基醚、聚苯乙烯和氯仿在室溫下皆能在全組成比範圍内混溶。這里,每對物質的分子是不相似的。也可以指出一些相似而不溶的情況,例如,聚乙烯醇不溶於乙醇;醋酸纖維不溶於乙酸乙酯;聚丙烯腈不溶於丙烯腈;四氯化錫在苯中比在四氯化碳中更易溶解。這些事例表明:以“相似與否”作爲原則,不能概括地描述多種多樣的溶解性質。雖然如此,當前不使用“相似”一詞,而根據分子極性所導致的分子間相互作用的大小來估計溶解性質的作法是有實用意義的。

溶度參數

 
  利用實驗得到的物質的溶度參數,可以估計非電解質在有機溶劑中的溶解度。溶度參數 δ的定義是:
        


式中E爲摩爾凝聚能;Vm爲摩爾體積,在低於正常沸點溫度時,E近似等於該物質的蒸發能ΔU。由實驗結果可知,一種溶質的良好溶劑的 δ值,必與這個溶質的 δ值相近。如果兩種溶劑之一的δ值較溶質高;另一種較溶質低,則兩者的混合物比單一溶劑對溶質的溶解能力更好。這個現象爲上表所示内容的一個方面。多數的酸、鹼、鹽易溶於水和其他極性溶劑。
  

決定溶液性質的因素

 
  在溶液中,分子足夠接近,各種分子間的力皆起着一定作用;分子在溶液中占據空間,具有局部的和統計性質的排布狀況。從本質上看,溶液性質和溶解現象決定於兩方面特性:其一是溶液和純物質的結構;其二是分子間作用力的大小和性質。例如普通鹽水是由氯化鈉離子晶體和締合液體水所形成,在溶液中離子電場的作用導致一定數量鄰近離子的水偶極子固定取向,性質上表現爲與離子相聯結,並且離子電場也影響着較遠區域的水分子性質,並改變了水的初始結構狀態。溶液性質隨濃度的變化,也是由上述結構和分子、離子間相互作用的變化所決定。兩個低碳的且碳原子數相近的烷烴混合時,體積和熱量變化接近零值,所形成的混合物相當好地遵守拉烏爾定律。這顯然是由於它們的純質是非極性分子組成的簡單分子液體,各自的分子間相互作用的大小和性質皆相近,得以形成接近理想的分子混合物。醇-水溶液的性質則取決於同種分子間氫鍵締合結構的破壞和異種分子間氫鍵締合結構的形成。隨着溶液組分的不同,結構和分子間力的特征也不同,構成了溶液研究的廣闊内容。
  
  結構和分子間相互作用這兩項因素不是各自獨立的,分子間力左右着結構狀態;結構狀態又決定着體系的勢能。與熱力學函數聯繫起來,熵反映了無序度的量度,是一種結構性質;焓是勢能的量度,就是使所有分子互相分離所需的能量。溶解是自發過程,在等溫等壓下吉布斯函數降低值ΔG是由焓變ΔH和熵變ΔS兩項組成:

ΔG=ΔH-TΔS

  如果溶解前後分子間相互作用等同並爲無序混合,即ΔH=0,而且ΔS符合理想值,則由此形成理想溶液。實際溶液總是不同程度上偏離理想溶液。有的溶液性質主要決定於結構因素,這種類型的極限情況是 ΔH爲零,ΔG即爲-TΔS,稱爲無熱溶液。有的溶液性質主要決定於同種分子和異種分子間相互作用的不同,其極限情況是ΔH不等於零,而混合是無序的,-TΔS符合理想值,稱爲正規溶液。在理論上,有着多種溶液模型,其共同點都是針對一定的典型溶液性質,以統計力學爲基礎對溶液中分子的分布和相互作用給出數學處理,從而計算溶液的熱力學函數。這些模型是實際溶液的近似。理論工作促進了對溶液本質的認識和對溶液性質的解釋。
  
  溶液問題涉及很多學科,許多知識皆是探討溶液本質所需要的,諸如化學熱力學、統計力學、分子結構、化學反應及其機理、化學鍵及分子間相互作用、相變和相平衡,以及物質的氣態、液態和固態的性質等。

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