溶質と溶液が組み合わされたときに発生する可能性のある 3 つの異なる結果があり、希釈溶液、飽和溶液、または沈殿物が存在する可能性があります。 溶解度のルール 化学物質の溶解度に関する一般的なガイドラインであり、イオン性固体を溶媒と混合した場合の予想される結果を予測するのに役立ちます.
溶解度とは?
溶解度の化学的性質は、溶媒内で溶解する特定の物質の能力を指します。溶媒は、平衡状態での溶媒と溶質の比率、つまり平衡状態で溶媒内にどれだけの溶質が存在するかという観点から測定されます。溶質が溶媒に溶解して得られるものは、飽和溶液と呼ばれるものです。
エタノールや水などの一部の物質は、適切な溶媒と組み合わせると、あらゆる可能な割合で溶解します。すべての割合で溶けることは、混和性として知られています。特定の条件で発生する可能性がある、溶液の平衡溶解度を超える場合、その溶液は過飽和であると言われ、本質的に準安定です。メタ安定性とは、化学的/動的システムにおいて、エネルギーが最小の状態または基底状態の外側で安定している状態を指します。
溶液が過飽和になるには、溶液が正しい温度にあるなどの特定の条件が必要です。化学系が熱くなるにつれて、溶解性が高くなる傾向があり、その結果、より低い温度の場合よりも多くの溶質を化学系に溶解することができます。物質のさまざまな状態は、温度変化に対して異なる反応を示します。
溶解性に影響する要因
ほとんどの固体物質は、温度が上昇すると溶解度が増加しますが、これは普遍的に当てはまるわけではありません.液体の水が非常に高い温度にある場合、温度が臨界温度に近づくと、高温で水の特性が変化するため、イオン性溶質は溶解しにくくなります。溶質が気体の場合、温度上昇との相互作用を予測するのは困難です。ただし、一般に、気体は高温で有機溶媒と結合すると溶けやすくなりますが、温度が上がると水には溶けにくくなります。
物質の溶解度に影響を与えるもう 1 つの要因は圧力です。溶解度に対する圧力の影響は温度ほど大きくないため、重要ではないものとして扱われることがよくあります。ただし、圧力が低下すると溶解度が著しく低下する硫酸カルシウムのような物質を扱う場合、これは重要な考慮事項です。
常にではありませんが、溶媒は通常、固体または液体です。溶媒は、混合物または純粋な物質のいずれかであることができます。溶媒が溶解する系である溶質は、固体、液体、または気体のいずれかです。化学物質が溶けない場合、それは不溶性と呼ばれます。この用語は、難溶性化合物に適用されることもあります。まったく溶けない化合物はほとんどありません。
解散
溶解度が溶質内で溶解する物質の能力を指す場合、溶媒に溶解する実際のプロセスは溶解と呼ばれます。共有化学物質に関して言えば、溶解は通常かなり単純です。エタノールのような共有化学物質は、水に溶けると新しい水素結合を作ります。対照的に、イオン性化合物の溶解はより複雑になる可能性があります。塩化ナトリウムやその他のイオン性化合物は、水と結合すると別々のイオンに溶解します。これらの分離したイオンは、基本的に水分子のコートを獲得し、それらに包まれます。エタノールが溶解するように塩化ナトリウムイオンが溶解しないという事実にもかかわらず、溶媒が蒸発すると結晶塩化ナトリウムが結果として残るため、塩化ナトリウムは依然として水溶性と見なされます.
ある物質が別の物質に溶ける可能性を判断する場合、ヒューリスティックな「似たものは似たように溶ける」を使用できます。これは、結合する溶質と同様の化学構造を持つ溶媒が、その溶質を最もよく溶解するという一般的な規則を指します。これは単なるヒューリスティックであり、この規則には例外があることに注意してください。
溶解度を測定する場合、物質の溶解度は多くの場合、濃度として与えられます。形式は、溶媒 1 キログラムあたりの溶質 X の量、または溶媒 100 mL あたりの X です。
水は特定の固体を溶解します
スクロースは、お茶やコーヒーなどの飲み物を甘くするために使用する砂糖です。スクロースの炭素、水素、酸素は分子間力によって結合していますが、これらの力はかなり弱いです。砂糖を水に入れると、分子を結合している結合が簡単に壊れ、砂糖が水に溶けます。これは、これらの C12H22O11 分子が最終的に溶液に放出されることを意味します。
スクロース内の分子間の結合を切断するにはエネルギーが必要であり、水中の酸素-水素結合を切断するためにもエネルギーが必要です。スクロース分子が溶液に溶け込むためには、水中の水素結合を乱さなければなりません。溶媒と溶質の間に形成される弱い結合があり、これらは溶媒と溶質の構造を乱すために必要なエネルギーを補うことができます。砂糖と水は非常によく混ざり合い、1 リットルの水で 1800 g のスクロースを溶かすことができます。
イオン性固体である塩は、陰イオンと陽イオンを含むことができます。これらのイオンは、反対の電荷を持つ粒子間の引力によって結合されます。固体が水に溶解すると、イオンが溶液に放出されます。その結果、イオンは極性溶媒の分子と結合します。一般に、塩は水に溶けると解離し、イオンになります。イオン性化合物は水に溶解することができ、イオンと水分子の相互作用により、塩のイオン結合を分解するのに必要なエネルギーを補うのに十分なエネルギーが生成されます。さらに、水分子をバラバラにするのに必要なエネルギー (塩イオンを溶液に入れることができるようにするため) も補償する必要があります。
平衡と溶解度
時間の経過とともにイオンの濃度に変化がない場合、化学反応は平衡状態にあります。システムが平衡点に達すると、溶液は飽和溶液と呼ばれます。溶液は、平衡状態で溶質と共存できる最大量のイオンを含むため、飽和溶液と呼ばれます。溶液が飽和して平衡に達するために、所定量の溶液に追加する必要がある溶質の量は、溶解度と呼ばれます。
溶解性のルール
溶質と溶液を組み合わせると、3 つの異なる結果が生じる可能性があります。溶質の溶解度と溶質の量が正確に等しい場合、その結果は飽和溶液になります。ただし、溶解できる量（化学物質の溶解度）よりも溶質が少ない場合は、希薄溶液と見なされます。最後に、過剰な溶質が結晶化すると沈殿物が形成されます。これは、分解できる以上の溶質がある場合に発生し、その結果、残りの溶質が残りの溶液から分離します。
溶解度規則は、最も頻繁に見られる固体の溶解度に関するガイドラインです。
ルール 1:リチウム、カリウム、ナトリウム、セシウム、ルビジウムなどのグループ I 元素のイオンで構成されるさまざまな塩は、いくつかの例外を除いて一般的に可溶性です。アンモニウムイオンを含む塩も可溶です。
ルール 2:硝酸イオンを含む塩は、一般に可溶性です。
ルール 3:塩素、臭素、またはヨウ素の陰イオンを含む塩は、一般に可溶性です。この規則の例外には、Ag+、Pb2+、および (Hg2)2+ から作られるようなハロゲン化物塩が含まれます。
ルール 4:銀塩は一般に不溶性です。この規則の注目すべき例外には、Ag(C2H3O2) と AgNO3 が含まれます。
ルール 5:硫酸塩は可溶性ですが、BaSo4、PbSO4、CaSO4、SrSo4、Ag2SO4 などのいくつかの例外があります。
ルール 6:水酸化物塩はある程度しか溶けない傾向があり、それらを構成する元素のグループに応じて異なるレベルの溶解度を示します。グループ 1 の水酸化物塩は可溶性ですが、グループ 2 の水酸化物塩はほとんど溶けません。遷移金属水酸化物塩と Al3+ 水酸化物塩は不溶性です。
ルール 7:Ag2S、ZnS、CdS、FeS などの遷移金属からなる硫化物は不溶性です。硫化鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマスも不溶性です。
ルール 8:BaCO3、SrCo3、CaCo3 などのグループ 2 の炭酸塩を含む、炭酸塩は通常不溶性です。 PbCO3 と FeCO3 も不溶です。
ルール 9:クロメート (PbCrO4 や BaCrO4 などの酸素とクロムの両方で構成される陰イオン) は通常不溶性です。
ルール 10:Ag3PO4 や Ca3(PO4)2 などのリン酸塩は通常不溶性です。
ルール 11:PbF2、MgF2、BaF2 などの物質で見られるように、フッ化物は通常不溶性です。
