相似相容原理.doc

相似相容原理百科名片“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似；“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。例如，水分子间有较强的氢键，水分子既可以为生成氢键提供氢原子，又因其中氧原子上有孤对电子能接受其它分子提供的氢原子，氢键是水分子间的主要结合力。所以，凡能为生成氢键提供氢或接受氢的溶质分子，均和水“结构相似”。如ROH(醇)、RCOOH(羧酸)、R2C=O(酮)、RCONH2(酰胺)等。当然上述物质中R基团的结构与大小对在水中溶解度也有影响。如醇：ROH，随R基团的增大，分子中非极性的部分增大，这样与水(极性分子)结构差异增大，所以在水中的溶解度也逐渐下降。科学解释对于气体和固体溶质来说，“相似相溶”也适用。对于结构相似的一类气体，沸点愈高，它的分子间力愈大，就愈接近于液体，因此在液体中的溶解度也愈大。如O2的沸点(90K)高于H2的沸点(20 K)，所以O2在水中的溶解度大于H2的溶解度。 应用举例乙醇结构式为 CH3CH2OH,甘油为CH2OHCHOHCH2OH,第一：甘油中有三个羟基，而乙醇中只有一个；第二，甘油中的R基比乙醇的要小，所以常温下甘油在水中的溶解性要比乙醇大。 总结：根据相似相容比较不同物质的溶解性要从两个方面来看，首先是与溶剂相似的地方，其次是不同的地方，两者结合起来才会更准确，这样也只能比较差异较大的物质。 通俗解释(1)有机物一般易溶于有机物中，而无机物一般易溶于无机物中。 有机物如油，酒精等，无机物如水等。沾满机油的手用汽油洗而不用水洗就是这个道理。 (2)极性分子一般易溶于极性分子组成的溶剂中，而非极性分子一般易溶于非极性分子组成的溶剂中。 极性分子如水分子，氨气分子等。非极性分子如二氧化碳分子，氧气分子等。相似相溶原理一、定义及解释like dissolves like 相似相溶原理是指由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂。 如abc三种物质，ab是极性物质，c是非极性物质，则ab之间溶解度大，ac或bc之间溶解度小。 （1）相似相溶原理是一个关于物质溶解性的经验规律。例如水和乙醇可以无限制地互相溶解，乙醇和煤油只能有限地互溶。因为水分子和乙醇分子都有一个OH基，分别跟一个小的原子或原子团相连，而煤油则是由分子中含8个16个碳原子组成的混合物，其烃基部分与乙醇的乙基相似，但与水毫无相似之处。 （2）结构的相似性并不是决定溶解度的唯一原因。分子间作用力的类型和大小相近的物质，往往可以互溶；溶质和溶剂分子的偶极距相似性也是影响溶解度的因素之一。 具体可以这样理解： 1极性溶剂（如水）易溶解极性物质（离子晶体、分子晶体中的极性物质如强酸等）； 2非极性溶剂（如苯、汽油、四氯化碳等）能溶解非极性物质（大多数有机物、Br2、I2等） 3含有相同官能团的物质互溶，如水中含羟基（OH）能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。 另外，极性分子易溶于极性溶剂中，非极性分子易溶于非极性溶剂中。 二、更高更妙的相似相溶原理溶液中溶质微粒和溶剂微粒的相互作用导致溶解。若溶质、溶剂都是非极性分子，如I2和CCl4，白磷和CS2，相互作用以色散力为主；若一种为极性分子，另一种为非极性分子，如I2和C2H5OH，相互作用是分子间作用力；在强极性分子间以取向力为主；若一种溶剂微粒是离子，在水中形成水合离子，在液氨中则形成氨合离子，其他溶剂中就是溶剂合离子。 简单地讲，若溶质微粒和溶剂微粒间相互作用和原先溶质微粒间、溶剂微粒间作用相近，则溶解的就会较多。这应当是相似相溶规律的基础，但是上述规律并不方便判断。于是人们总结出一个简易判断的规律： 相似相溶规律通常的说法是“极性相似的两者互溶度大”。例如，非极性、弱极性溶质易溶于非极性、弱极性溶剂，如I2(非极性)分别在H2O(强极性)、C2H5OH(弱极性)、CCl4(非极性)中的溶解度(g/100g溶剂)依次为0.030(25)、20.5(15)、2.91(25)。又如O2(非极性)在1mLH2O、乙醚(弱极性)、CCl4中溶解的体积(已换算至标准状况下体积)依次为：0.0308mL(20)、0.455mL(25)、0.302mL(25)；白磷P4(非极性)能溶于CS2(非极性)，但红磷(巨型结构)却不溶。 大家可能已经看出：相似相溶规律是定性规律，通常仅能给出难溶、微溶、可溶的判断，如O2、I2易溶于弱极性、非极性溶剂，但不能认为非极性的O2、I2在CCl4(非极性)中最易溶！ 再举一个例子：蒽和菲分子式相同，但前者为三个苯环“直”并，无极性，而后者为三个苯环“弯”并，稍有极性。现分别溶于苯中，若完全按照“相似相溶规律”判断的话，似乎蒽在苯中的溶解要多些，实测结果：蒽在苯中溶解度(0.63%)，菲在苯中溶解度(18.6%)。如何理解呢？（是不是觉得很高深很玄妙？）恩，请看更高更妙的解释蒽，正因为是“直”的，所以分子间结合得紧，不容易分开，表现还有蒽的沸点较菲高，其摩尔体积小于菲的 其实，相似相溶规律还有一种表述：“结构相似者可能互溶”，HOH、CH3OH、C2H5OH、n-C3H7OH分子中都含-OH，且-OH所占“份额”较大，所以3种醇均可与水互溶，n-C4H9OH中虽含-OH，因其“份额”小，水溶性有限。可以料想，碳数增多，一元醇的水溶度将进一步下降。丙三醇(甘油)中含有-OH且“份额”较大，与水互溶。C6H12O6(葡萄糖)中含5个-OH，因分子比H2O大了许多，只是易溶于水。高分子淀粉(C6H10O5)n的“分子”更大，只能部分溶解于水；而纤维素更大更高更妙，干脆难溶于水了。 甲苯稍有极性，却与非极性的苯混溶；萘能溶于苯和甲苯 含有相同官能团，且分子大小相近，则它们的极性相近，例如CH3OH、C3H7OH偶极矩分别1.69D和1.70D，所以，结构相似有时也反映在极性上，但极性相似却不一定是结构相似的反映！如硝基苯C6H5NO2、苯酚C6H5OH的偶极矩分别为1.51D和1.70D，极性算是相近，但两者的20水溶度分别0.19%、8.2%。又如C3H7Br(1.8D)、C3H7I(1.6D)、C3H7OH(1.7D)，极性相近，但20水溶度分别0.24%、0.11%、无穷。 可见，结构相似对溶解度的影响强于极性相似！ 顺便说一个金属互溶的问题： (1)两种金属A、B晶体结构类型相同，原子半径差值小(一般15%时，金属间部分溶解，如Mg在Cu或Ag中部分溶； (3)价相同，金属间互溶度大，钾钠合金互溶为导热系统，伍德合金(Sn+Pb)互溶制保险丝； (4)电负性相近，金属间互溶度大。Cr、Mo、W在Na、K中难溶在Cu、Ag中较“易”溶 金属互溶的问题是不是也可以看做是一种“相似相溶”呢，但这时，相似的不是极性，而主要是结构方面。 相似相溶规律应当从也需要从结构角度解释。虽然热力学可以说明一些问题，但是主要是将现象赋予数学化和理论化，若继续追问起来为什么，如“为什么KNO3溶解焓是负值？而KOH的溶解焓为正值(吸热)？”“为什么溶解熵效应是这样如此这般的？”恐怕还是要求助于结构理论，上溯到更为深刻的道理上来。相似相容原理的本质是什么？不是看纯物质的自由能，而是看溶质和溶剂混合前后自由能的变化。但这个判据使用中并不直观（需要计算），因为溶解过程是个熵增加的过程。“相似相容”是一个非常好的经验规律，其物理实质在于分子之间的作用力相似。例如，极性强的化合物（包含离子性化合物）易溶于水中，是因为H2O分子的极性很大，溶质和溶剂之间有较强的偶极和静电作用。非极性化合物易溶于非极性的溶剂（如苯）中，是因为溶质和溶剂之间有较强的van der Waals作用。此外，极性分子难溶于非极性溶剂中，是因为极性分子“希望”与溶剂分子