为什么有些物质会溶于水

为什么有些物质会溶于水,第1张

能否电离和是否溶于水是不相关的。

从微观上来说,能电离是因为在水中,在水分子的冲击下,原本能量很高的化学键断裂,使分子成为阴阳离子,而造成了电离。这种“水分子的冲击”,既包括分子热运动的撞击,也包括极性分子的吸引。所以初中化学说水是一种良好的溶剂,为什么呢?其中一个原因就是水分子有强极性。(楼主是高一吧?极性的概念以后会学到。)

而能否溶解于水却是取决于这种物质与水的“亲密性”。所谓“相似相溶”。如果一种物质与水不“亲密”,不“相似”,那么它就可能不“相溶”。但是这与它是否受到水分子的冲击无关。(严格说来,溶解的过程是非常复杂的,涉及很多物理变化和化学变化,有些深层次的机理甚至今天也得不到解释。这里就简单解释一下了)

举个离子,硫酸钡,难溶于水。这是因为硫酸钡本身的结构注定了它与水的“不亲密”。但是硫酸钡间的离子键能量比较高,而水又有强极性。在水的吸引下溶解于水的那一小部分硫酸钡可以完全电离。所以硫酸钡不溶于水,但是是强电解质——因为它溶于水的那一部分可以完全电离。

它能电离是因为它本身键能高,水分子又有强极性。可是这些并不能成为它能大量溶解的理由。电离发生在溶解之后。电离所能做的,充其量是把已经溶解的部分电离掉而已,可是不能溶的部分就无能为力了。

气体溶解度大小,首先决定于气体的性质,同时也随着气体的压强和溶剂的温度的不同而变化。例如,在20℃时,气体的压强为1.013×10^5Pa,一升水可以溶解气体的体积是:氨气为702L,氢气为0.01819L,氧气为0.03102L。氨气易溶于水,是因为氨气是极性分子,水也是极性分子,而且氨气分子跟水分子还能形成氢键,发生显著的水合作用,所以,它的溶解度很大;而氢气、氮气是非极性分子,所以在水里的溶解度很小。

当压强一定时,气体的溶解度随着温度的升高而减少。这一点对气体来说没有例外,因为当温度升高时,气体分子运动速率加快,容易自水面逸出。

当温度一定时,气体的溶解度随着气体的压强的增大而增大。这是因为当压强增大时,液面上的气体的浓度增大,因此,进入液面的气体分子比从液面逸出的分子多,从而使气体的溶解度变大。而且,气体的溶解度和该气体的压强(分压)在一定范围内成正比(在气体不跟水发生化学变化的情况下)。例如,在20℃时,氢气的压强是1.013×10^5Pa,氢气在一升水里的溶解度是0.01819L;同样在20℃,在2×1.013×10^5Pa时,氢气在一升水里的溶解度是0.01819×2=0.03638L。

气体的溶解度有两种表示方法,一种是在一定温度下,气体的压强(或称该气体的分压,不包括水蒸气的压强)是1.013×10^5Pa时,溶解于一体积水里,达到饱和的气体的体积(并需换算成在0℃时的体积数),即这种气体在水里的溶解度。另一种气体的溶解度的表示方法是,在一定温度下,该气体在100g水里,气体的总压强为1.013×10^5Pa(气体的分压加上当时水蒸气的压强)所溶解的克数。

物质溶于水,似乎很简单。只要把物质往水里一放就完了,还有什么不清楚的吗?

最简单的类型应该是像蔗糖等一类,他们都是非电解质,溶于水主要形成水合分子,作用力的变化是先克服蔗糖分子间的作用力,然后蔗糖分子再和水分子间形成作用力。前者需要吸收热量,后者需要放出能量。

稍微复杂一点的是还要以形成氢键,如乙醇溶于水,当然溶解的过程也要破坏乙醇分子间的氢键。

电解质溶于水的过程要复杂一些。

象氯化钠等离子化合物,溶于水要破坏离子键,同时离子和水分子间形成水合离子,也就是大家所说的电离过程了。前者需要吸收热量,后者需要释放能量。

而氯化氢又稍有不同,它要克服分子间作用力,还要克服共价键,然后形成水合离子。不过分子间作用力,这时候似乎太渺小了,可以忽略不计了。

而弱酸、弱碱呢?溶于水后还不能全部电离形成水合离子,水合分子也存在,作用力的变化就更多了。

还有水解盐。它们溶于水后,除了克服化学键,形成水合离子外,还有一部离子要水解生成弱电解质,这实际上已经是与水反应了。水解都是吸热的。

当然,还有一些是溶于水时,先反应,再电离什么的,作用力的变化就更复杂了。如氧化钙溶于水,三氧化硫溶于水等。

所以,笼统讲物质溶于水到底是吸热还是放热,估计不好说。

办法是有的,精确的计算可以用晶格能、水合能等弄一个循环,进行计算,不过这里就没办法讲了。


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