溶解度に影響を与える主な要因は、極性、一般的なイオン効果、温度、圧力、溶質の性質、および機械的要因です。溶解度は、固体、液体、または気体の化学物質(溶質と呼ばれる)が溶媒(通常は液体)に溶解して溶液を形成する能力です。
物質の溶解度は、基本的に使用する溶媒だけでなく、温度と圧力にも依存します。特定の溶媒に対する物質の溶解度は、飽和溶液の濃度によって測定されます。
追加の溶質を追加しても溶液の濃度が増加しなくなった場合、溶液は飽和していると見なされます。
溶解度は、エタノールなどの無限に溶ける(完全に混和する)ものから、塩化銀などのわずかに溶けるものまで、物質によって大きく異なります。「不溶性」という用語は、難溶性の化合物(無限、SF)に適用されることがよくあります。
水中のエタノールなど、特定の物質は所定の溶媒にあらゆる比率で溶解します。この特性は混和性として知られています。
さまざまな条件下で、平衡溶解度を超えて、いわゆる過飽和溶液(溶解度、SF)が得られます。
溶解性に影響を与える主な要因
1-極性
ほとんどの場合、溶質は同様の極性を持つ溶媒に溶解します。化学者は、溶質と溶媒のこの特性を説明するために、一般的な格言を使用します。
非極性溶質は極性溶媒に溶解せず、その逆も同様です(オンライン教育、SF)。
2-共通イオンの影響
一般的なイオン効果とは、化学平衡にすでに存在するイオンを含む塩を混合物に添加した場合の、イオン性化合物の溶解度の低下を表す用語です。
この効果はルシャトリエの原理によって最もよく説明されます。難溶性のイオン性化合物である硫酸カルシウム、CaSO 4が水に加えられたと想像してください。結果の化学平衡の正味のイオン方程式は次のとおりです。
CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+ SO42−(aq)
硫酸カルシウムはわずかに溶けます。平衡状態では、ほとんどのカルシウムと硫酸塩は硫酸カルシウムの固体の形で存在します。
溶解性イオン化合物硫酸銅(CuSO 4)が溶液に加えられたと仮定します。硫酸銅は可溶性です。したがって、正味のイオン方程式への唯一の主要な影響は、より多くの硫酸イオン(SO 4 2-)の追加です。
CuSO4(s)⇌Cu2+(aq)+ SO42−(aq)
硫酸銅から解離した硫酸イオンは、硫酸カルシウムのわずかな解離からの混合物中にすでに存在しています(共通)。
したがって、この硫酸イオンの追加は、以前に確立された平衡を強調します。
ルシャトリエの原理では、平衡生成物のこちら側に追加の応力が加わると、この新しい応力を緩和するために、平衡が反応物側にシフトします。
反応物側へのシフトにより、難溶性硫酸カルシウムの溶解度はさらに低下します(Erica Tran、2016年)。
3-温度
温度は溶解度に直接影響します。ほとんどのイオン性固体では、温度を上げると、溶液を作る速度が上がります。
温度が上昇すると、固体粒子はより速く移動し、溶媒のより多くの粒子と相互作用する可能性が高くなります。これにより、ソリューションが生成される速度が向上します。
温度は、溶媒に溶解できる溶質の量を増やすこともできます。一般的に言って、温度が上昇するにつれて、より多くの溶質粒子が溶解します。
たとえば、テーブルシュガーを水に加えることは、溶液を作る簡単な方法です。その溶液を加熱して砂糖を加えると、温度が上昇し続けるにつれて大量の砂糖を加えることができることがわかります。
これは、温度が上昇すると、分子間力が壊れやすくなり、より多くの溶質粒子が溶媒粒子に引き付けられるためです。
ただし、他の例もありますが、温度を上げても、溶質の溶解量にはほとんど影響がありません。
食塩は良い例です:沸騰したお湯と同じくらいの量の食塩を氷水に溶かすことができます。
すべてのガスについて、温度が上昇すると溶解度が低下します。この現象を説明するには、運動分子理論を使用できます。
温度が上昇すると、ガス分子はより速く移動し、液体から脱出することができます。その後、ガスの溶解度は減少します。
図1:溶解度と温度のグラフ。
下のグラフを見ると、アンモニアガスNH3は、温度が上昇すると溶解度が大幅に低下しますが、すべてのイオン性固体は、温度が上昇すると溶解度が上昇します(CK-12 Foundation、SF)。 。
4-圧力
2番目の要素である圧力は、液体への気体の溶解度に影響しますが、液体に溶解する固体の溶解度には影響しません。
溶媒の表面より上にあるガスに圧力が加えられると、ガスは溶媒に移動し、溶媒粒子間の空間の一部を占めます。
良い例は炭酸ソーダです。圧力を加えて、CO2分子をソーダに押し込みます。逆も同様です。ガスの圧力が低下すると、そのガスの溶解度も低下します。
ソーダ缶を開けると、ソーダ内の圧力が下がるので、ガスはすぐに溶液から出始めます。
ソーダに貯まった二酸化炭素が放出され、液面にフィズが見えます。開いているソーダの缶を一定期間放置すると、二酸化炭素の損失により飲料が平らになることがあります。
このガス圧力係数は、ヘンリーの法則で表されます。ヘンリーの法則は、所定の温度で、液体中のガスの溶解度は、液体上のガスの分圧に比例することを述べています。
ヘンリーの法則の例はダイビングで発生します。人が深海に潜ると、圧力が上昇し、より多くのガスが血中に溶けます。
深い水のダイビングから上がってくる間、ダイバーはすべての溶存ガスが非常にゆっくりと血液を離れるようにするために、非常に遅い速度で水面に戻る必要があります。
人の上昇が速すぎると、ガスが血液から出るのが速すぎて緊急医療が発生する可能性があります(Papapodcasts、2010)。
5-溶質の性質
溶質と溶媒の性質、および溶液中の他の化学物質の存在が溶解度に影響します。
たとえば、水中の塩よりも多くの砂糖を水に溶解できます。この場合、砂糖はより溶けやすいと言われています。
水中のエタノールは互いに完全に溶解します。この特定の場合において、溶媒は、より大量に見られる化合物である。
溶質のサイズも重要な要素です。溶質分子が大きいほど、分子量とサイズが大きくなります。溶媒分子がより大きな分子を取り囲むことはより困難です。
上記のすべての要因が除外される場合、一般的な経験則では、大きな粒子は一般に溶解性が低いことがわかります。
圧力と温度が同じ極性の2つの溶質の間と同じである場合、通常、粒子が小さい方が溶けやすくなります(溶解度に影響する因子、SF)。
6-機械的要因
主に温度に依存する溶解速度とは対照的に、再結晶化速度は、結晶格子の表面での溶質の濃度に依存します。これは、溶液が動かない場合に好まれます。
したがって、溶液の攪拌はこの蓄積を防ぎ、溶解を最大化します。(飽和のヒント、2014年)。
参考文献
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- CK-12 Foundation。(SF)。溶解度に影響を与える要因。ck12.orgから回復。
- オンライン教育。(SF)。溶解度に影響を与える要因。resolutionofthings.comから回復しました。
- エリカトラン、DL(2016年11月28日)。溶解度および溶解度に影響を与える要因。chem.libretexts.orgから回復。
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- (2010年3月1日)。溶解度に影響を与える要因パート4。youtube.comから復元されました。
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- 飽和の傾向。(2014年6月26日)。化学libretex.orgから回復。