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2.2.2 物質在有機溶劑中的溶解特性

在有機溶劑中的物質溶解過程和在水溶液中物質的溶解過程是相同的。處于液態或固態的溶質分子分散為單個分子。為了使這些單個分子進入有機溶劑,必須克服溶劑-溶劑間的相互作用。與水相比,有機溶劑中的分子間力通常要小得多,破壞溶劑-溶劑間的相互作用的過程焓變要小一些。當溶劑分子的極性增大時,過程焓變也會增大。當溶劑間有氫鍵作用(如醇類)時,過程焓變就會更大。溶質與溶劑相互作用的大小和它們的性質密切相關。若溶質和溶劑都是非極性物質,則其相互作用最小,分子的極性增大,其相互作用增大,若能形成氫鍵或實現化學締合,其相互作用更強。

徐光憲等[3]指出,有機物或有機溶劑可以按照是否存在受電子的A—H鍵或給電子原子B而分為四種類型。

①N型溶劑,或稱惰性溶劑,既不存在受電子的A—H鍵,也不存在給電子原子B,不能形成氫鍵,如烷烴類、苯、四氯化碳、二硫化碳、煤油等。

②A型溶劑,即受電子型溶劑,含有A—H鍵,如氯仿、二氯甲烷、五氯乙烷等,能與B型溶劑生成氫鍵。值得提及的是,一般的C—H鍵,如CH4中的C—H鍵,不能形成氫鍵。但CH4中的H被Cl取代后,由于Cl原子的誘導作用,使碳原子的電負性增強,能夠形成氫鍵。

③B型溶劑,即給電子型溶劑,如醚、酮、醛、酯、叔胺等,含有給電子原子B,能與A型溶劑生成氫鍵。

④AB型溶劑,即給、受電子型溶劑,分子中同時具有受電子的A—H鍵和給電子原子B。AB型溶劑又可細分為三種,其中,AB(1)型溶劑為交鏈氫鍵締合溶劑,如水、多元醇、氨基取代醇、羥基羧酸、多元羧酸、多元酚等;AB(2)型溶劑為直鏈氫鍵締合溶劑,如醇、胺、羧酸等;AB(3)型溶劑為可生成內氫鍵的分子,如鄰硝基苯酚等,這類溶劑中的A-H鍵因已形成內氫鍵而不再起作用,因此,AB(3)型溶劑的性質與N型溶劑或B型溶劑的性質比較相似。

物質在有機溶劑中的溶解或各類溶劑的互溶性規律可以簡要表述為:兩種液體混合后形成的氫鍵數目或強度大于混合前氫鍵的數目或強度,則有利于物質在有機溶劑中的溶解或兩種液體的互溶;反之,則不利于物質在有機溶劑中的溶解或兩種液體的互溶。具體地說,①AB型與N型,如水與苯、四氯化碳、煤油等幾乎完全不互溶;②AB型與A型、AB型與B型、AB型與AB型,在混合前后都存在氫鍵,溶解或互溶的程度以混合前后氫鍵的強弱而定;③A型與B型,在混合后形成氫鍵,有利于溶解或互溶,如氯仿與丙酮可完全互溶;④A型與A型、B型與B型、N型與A型、N型與B型,在混合前后都沒有氫鍵形成,液體溶解或互溶的程度取決于混合前后范德華力的強弱,與分子的偶極距和極化率有關,一般可利用“相似相溶”原理來判斷溶解度的大小;⑤AB(3)型可生成內氫鍵,其行為特征與一般AB型不同,與N型或B型的行為特征相似。

值得提及的是,離子在其他極性溶劑(如乙醇)中也可能發生類似水合的過程,溶劑分子給體原子的電子對與離子形成配位鍵,這一過程稱為離子的溶劑化。

分析物質在有機溶劑中的溶解特性,同樣需要考慮溶劑-溶劑、溶質-溶質、溶質-溶劑之間的相互作用,需要考慮溶質分子體積大小的影響。

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