溶剂化 百科内容来自于: 百度百科

溶剂化的概念

在溶液中,溶质被溶剂分子包围的现象称为 溶剂化
例如:氯化钠在水溶液中,结构单元就是水化了的钠离子(Na)和氯离子(Cl),即氯化钠被水溶剂化。

溶剂化的本质

一个极性溶剂分子带有部分正电荷的正端和带部分负电荷的负端。正离子与溶剂的负端,负离子与溶剂的正端相互吸引,称为离子-偶极作用,也成为离子-偶极键。离子-偶极作用是溶剂化的本质,一个离子可形成多个离子-偶极键,结果离子被溶剂化,被溶剂分子包围。
质子溶剂的溶剂化作用除了离子-偶极键作用外,往往还有氢键的作用。

溶剂化的结果

稳定了离子,降低了离子的化学反应活性。
例如:
质子溶剂不仅稳定正离子,还急剧地降低了负离子的反应活性,因为在质子溶剂中负离子的碱性及亲核性是一致的。

溶剂化、溶解和溶解性的不同

国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义,溶剂化是指溶质和溶剂之间的交互作用,使溶质在溶液中稳定。根据在依溶剂中离子被溶剂分子环绕,或是形成复合体,可以用来表示溶剂的状态。(参考solvaton shell)溶剂化的观念,也可应用于不溶的物质,例如,离子交换树脂表面的官能基溶剂化。
在观念上,溶剂化和溶解以及溶解性是不同的。溶解为化学动力学的过程,借由其速率量化。当溶解率和沉淀率相等时,溶解性达到动态平衡的状态。
借由单位可以更了解三者之间的差异性。配位作用可透过配位数复杂的平衡常数来描述。溶解的单位为mol/s,而溶解性的单位为mol/kg。
溶剂化的不同,也在于液化伴随着不可逆的化学改变。例如:锌不可被盐酸溶剂化,但它可借由化学反应,形成可溶的氯化锌盐。

溶剂化与分子间的交互作用

极性溶剂为包含键偶极矩的分子结构。此种化合物通常具有很高的介电常数(又称:相对电容率)。溶剂的这些极性分子可以溶剂化离子,因为他们可以使带有部分电荷的分子朝向离子以回应静电吸引。这种现象稳定了系统也创造出一溶剂壳结构 (或是水溶液中形成水合结构)。水是最常见且最稳定的极性溶剂。但也有其他的溶剂,例如:乙醇、甲醇、丙酮乙腈二甲基亚砜、碳酸亚丙酯。这些溶剂可用来溶解非有机化合物,像是盐类。
溶剂化牵涉到许多不同形式的分子间交互作用:氢键、离子偶极矩分子间作用力或凡得瓦力。氢键、离子偶极矩和分子间作用力,只会发生于极性溶剂。离子和离子间的作用力,只会发生于离子溶剂。偏向热力学的溶剂化反应,只会发生于溶液的吉布士自由能(Gibbs energy)降低时,比较溶剂和固体(或是气体或液体)分离的Gibbs energy。这代表焓的改变量减熵的改变量(乘以绝对温度)为负值,或是指系统的 Gibbs free energy 降低。
溶液的导电率和离子的溶剂化有关。水合反应也影响生物分子电子和震动的性质。

热力学方面的考量

对于溶剂化的发生,需要能量解开现存晶格中的个别离子及分子。对于打断离子之间的吸引力这是非常重要的,等同于固体晶格的自由能(为离子互相鉴结,而形成晶格的能量释放)。这个能量来自晶格的离子和溶剂中分子有关联时所释放的能量。这种形式的能量释放称为溶剂化的自由能。
溶液中的溶解热为,溶液中的热焓减掉分离系统的热焓,而则是对应到不同的熵。大部分的气体有负的解热。而负的溶解热代表溶质在高温时不易溶解。
虽然早期的想法为,离子半径越高比例的阳离子带电,或是电荷密度,会造成较多的溶剂化反应产生。这种想法,对于像是三价的铁或是镧系元素锕系元素,为较易快速行水合反应而形成不溶的水合氧化物的元素,是不符合的。作为固体,明显的无法进行溶剂化反应。
溶解热可以帮助解释为什么有些离子晶格可以进行溶剂化反应,而有些不行。不同的能量对于一晶格离子之间的释放与溶剂分子之间的结合,称为溶解热。溶液的热焓如果为负,表示可能可溶解;而如果为正,则表示溶剂化不会发生。如果要使为正数的热焓,发生溶剂化反应的话,就必须加入额外的能量,在离子分离时提高熵值。额外加入的熵,会使单独计算物质是否溶解变得困难。溶剂的定量测量是借由donor number所测。
一般来说,热力学的溶液分析,是借由反应作为标准来分析的。例如:如果加氯化钠到水中,则此盐类,会解离成钠离子和氯离子。此解离的平衡方程式可以借由改变反应的Gibb's free energy来预测。
Max Born已经写出第一个离子化合物的溶剂化定量标准。
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- 来自原声例句
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