なぜ'極性化合物と非極性化合物が互いに溶解しないのですか？

非常に簡単に言えば、溶質中の分子間の分子間力を破壊するためのエネルギー要件を考慮して、この溶解度規則の理由を説明します。溶媒。

注：これは、次のような他の要因にも依存するため、簡単な説明にすぎません。エントロピーの変化として

分子間力に関する背景情報をいくつか示します。非極性物質では、各分子間に分散力があります。これらの分散力は比較的弱いため、それらを破壊するのに必要なエネルギーはごくわずかです。極性物質では、各分子間に双極子双極子と水素結合（物質によって異なります）があります。これらの力は分散力よりもはるかに強く、破壊するためにより多くのエネルギーを必要とします。

ここで、次の場合を考えてみましょう。

無極性の溶質と溶媒

溶質を溶解するには、溶質と溶媒中の分子間の分散力を壊す必要があります。これはごくわずかなエネルギーしか必要としません。しかし、溶質が溶媒に溶解すると、それらは互いに分散力を生み出すことができます。これらの力を作ることは、ほとんどエネルギーを放出しません。簡単に言えば、力を壊すのに必要なエネルギーはごくわずかであり、力を加えるときに放出されるエネルギーはごくわずかです。したがって、全体的にすべてのバランスが取れて、プロセスが発生します。

非極性溶質と極性溶媒（およびその逆）

溶質が溶媒に溶解するためには、分散力と双極子双極子力の両方が破壊され、大量のエネルギーが必要になります。ただし、溶質と溶媒中の分子は、互いに分散力を発生させることしかできません（両方とも極性ではないため）。これにより、放出されるエネルギーはごくわずかです。したがって、全体として、放出されるよりも多くのエネルギーが必要になり、プロセスが勝ちます。

極性溶質と溶媒

溶質が溶解するため溶媒に入ると、大量のエネルギーを必要とする双極子双極子力が破壊されます。しかし、それらが溶解すると、溶質と溶媒中の分子は、大量のエネルギーを放出する双極子双極子力を形成することができます。したがって、全体として、すべてのバランスが取れて、プロセスが発生します。

TL; DR

It ” ■溶液のエンタルピー変化は一般に溶解に有利ではないためです。

より長いバージョン：

これを説明するために、通常、エンタルピー変化の説明が与えられます。わかりやすくするために、2つの化合物が溶解するとどうなるか見てみましょう。例としてエタノールを水に溶かします。ここに何が起こるかの要点を示します。

1. 分子間力（つまり、この場合の水素結合）水中で分解します。 $ \ rm \ color {green} {（endothermic）} $
2. エタノールの分子間力が崩壊します。 $ \ rm \ color {green} {（endothermic）} $
3. エタノールと水分子の間に新しい力と引力が形成されます。 $ \ rm \ color {red} {（exothermic）} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{エタノールと水が水素結合を形成します。 ソース}

これは、互いに溶解する2つの種で発生します。イオン性溶質の場合、「結合開裂」は実際には格子が崩壊することです。したがって、格子形成のエンタルピーに等しいエネルギーの獲得を伴う吸熱プロセスが期待されます。

次の2つの点に注意する必要があります。

• 溶解度は二元的ではありません。通常、短くてわかりやすい（つまり、大勢の聴衆が）言葉で示す必要があります。 、そしてそれが私たちがそれを使用する理由です。 石膏は炭酸カルシウムと同じくらい水に溶けないか、プロパン酸？ （プロパン酸はRTPおよびSTPの水と混和性があります）
• "非極性は極性に溶解しません"は正確ではありません。非極性溶質は、一般的に極性溶媒に不溶性です。例外は簡単に思い浮かびます。 臭素水は最初の例ですが、確かに最も注目すべき例ではありません。

つまり、頭に浮かぶ質問は、

溶解のプロセスが極性または非極性分子で同じであり、水素を含む分子で大まかに同じであるかどうかです。結合およびイオン性化合物の場合、一部の溶質が一部の溶媒に不溶性であるのはなぜですか？

ご覧のとおり、2つの吸熱プロセスがあります。それに伴う1つの発熱プロセス。非常に簡単に言えば、あなたの質問に対する基本的な答えは、"誘導双極子は最も弱い分子間相互作用の1つとして知られているため、溶媒と溶質の相互作用では十分なエネルギーが放出されないということです。形成されるので、 $ \ Delta H > 0 $ 。これは、熱力学的には溶媒にとってより有利であることを意味します。 -溶媒の相互作用が壊れないため、溶解しません"。

結論として、"はい、溶質/溶媒の極性は、溶解性または不溶性を決定する上で重要なルールを果たします。しかし、それは半分ではありません。"問題の簡単なレビューを以下に示します。

$ \ color {gray} {\ textit {なぜ私がこれをしているのかさえわかりません。} \\\\ textit {一般的な規範的なルールは、主に問題の別の単純な見方によって説明できます。} \\ \ \ textit {興味がない場合は読み進めないでください。}} $

ただし、エンタルピーを考慮に入れるだけでは科学的に正確ではありません。少なくとも、それは実際の生活で起こっていることではありません。エンタルピーの意味は、一定のの温度と圧力に関連しています。それは実際の化学で起こっていることではありません。

まず、疎水性効果（エントロピーに関連する）、溶質種のサイズ、溶解速度などを考慮するのが最善です。共通イオン効果、イオン強度。

疎水性効果：

システムが最小のポテンシャルエネルギーを優先するのと同じように、それは無秩序を優先します。疎水性効果は、一部の非極性分子が水に溶解できない理由をよりよく説明できます。

疎水性効果は、非極性物質が水性で凝集する傾向が観察されることです。これは、疎水性分子間の相互作用によって水分子がより自由に結合し、システムのエントロピーが増加するために発生します。疎水性という言葉は、文字通り"水を恐れることを意味します。 "は、水と非極性物質間の分離と見かけの反発について説明しています。-疎水性効果、ウィキペディア

簡単に言えば、この理由はよく理解されていません。簡単に説明すると、水の構造により3つの自由度が得られ、4つの水素結合を形成できます。そうすると、「できるだけ簡単に方向付けできないため、エントロピーが減少します。したがって、エントロピーを優先するには、これを最小限に抑える必要があります。

混合のエントロピー、リンクされたWikipediaの記事はとても素敵です。

種のサイズ：

$ \ ce {AgCl} $ は $ \ ce {AgNO3} $ <よりも水に溶けにくい/ span> 。これは、銀イオンと塩素イオンがほぼ同じサイズであるため、密に詰まっている可能性があるという事実で最もよく説明できます。つまり、「分解しにくく、「溶解」しにくい」のです。

"のように"のように溶解するか、同様のルールではこれを説明できないことに注意してください。実際、印象的な非ローカリゼーション硝酸銀中の電子の割合は、可溶性硝酸銀の膨大な範囲を説明できます。

溶解速度：

あなたはstiしますか十分に広い時間で溶媒に溶解する場合、その種は可溶性と呼ばれますか？半減期が十分に長い放射性種は、一般に「安定した」メダルと見なされるため、私は想像しません。

溶解速度は熱力学的特性ではなく、速度論的特性です。

溶解は必ずしも瞬間的なプロセスではありません。塩と砂糖が水に溶解すると速くなりますが、アスピリンの錠剤や水和銅の大きな結晶でははるかに遅くなります（ II）硫酸銅これらの観察結果は2つの要因の結果です：可溶化の速度（kg / s）は溶解度積（温度に依存）と材料の表面積に関連しています。固体が溶解する速度はアモルファス固体の場合の結晶性またはその欠如、表面積（結晶サイズ）、および多形性の存在に依存します。-溶解速度、ウィキペディア

添加剤（分散剤）：

私たちが考慮する義務はありません。溶質と溶媒の存在。脂肪酸（疎水性）を水に溶かす必要がある場合はどうしますか？

ミセルの助けを借りるのが方法です。これは、脂肪が血液中で輸送されるのとほぼ同じ方法であり、石鹸が皮膚から油を浄化するために使用するのと同じメカニズムです。

可溶化は得られた流体は会合コロイドを含むコロイド分散液であるため、溶解します。この懸濁液は真の溶液とは異なり、ミセル系の可溶化物の量は、溶媒中の可溶化物の通常の溶解度とは異なる（多くの場合、より高い）可能性があります。 –ミセル可溶化、ウィキペディア

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{分散剤を使用した脂肪物質の水中へのその他の可溶化-AndreasDries; ソース}

添加剤（共通イオン効果）：

共通イオン効果は、 Le Chatelierの原理を使用して、特定の沈殿物の溶解度が低いことを説明します。溶液中の同様のイオン。

たとえば、硫酸銅（II）をいくらか溶解すると、硫酸マグネシウムの希薄溶液は溶けにくくなります。

イオン強度：

共通イオン効果に関連する概念を拡張するために、イオン強度を定義します。

溶液のイオン強度は、その溶液中のイオン濃度の尺度です。イオン化合物は、水に溶解するとイオンに解離します。溶液中の総電解質濃度は、さまざまな塩の解離や溶解度などの重要な特性に影響を与えます。イオンが溶解している溶液の主な特性は、イオン強度です。

溶液のイオン強度、 $ I $ は関数です。その溶液に存在するすべてのイオンの濃度の計算。 $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

ここで、 $ c_i $ はイオンのモル濃度 $ i $ （M、mol / L）、 $ z_i $ はそのイオンの電荷数であり、合計はそのイオンのすべてのイオンに適用されます。ソリューション。 –イオン強度、ウィキペディア（エンファシスマイン）

コメント

• 活量係数と、それらが理想的なソリューションの理想的な動作からの逸脱にどのようにつながるかについて詳しく説明する必要があると思いました。 Raoult 'の法則からですが、今のところ'で十分だと思います。 ：Pそれでも、分圧に関する説明が必要になるため、'圧力'の効果を拡張しませんでした。