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3.1.1 物質溶解過程的一般描述

溶解就是溶劑和溶質生成分子混合物(溶液)的過程。這一溶解過程能夠進行,其自由能的變化必須是負的。由于溶解過程包含了兩種物質的混合,所以溶解過程總是伴隨著正的熵變。從公式ΔGH-TΔS可以看出,如果溶解過程的吸熱不是太大,即ΔH正值不太大時,正的熵變過程可以產生負的自由能變化。

為了便于分析溶解過程,可以將該過程分為兩個吸熱過程和一個放熱過程加以討論[1]

①溶質是固體或液體時,某一溶質分子與其相鄰的溶質分子之間存在相互作用。溶解時,這些分子分割成單個分子或離子的過程,是個吸熱過程。這一吸熱過程所需的能量按溶質分子間力的增大而增大,其能量大小呈現出溶質為非極性物質<溶質為極性物質<溶質為可相互形成氫鍵的物質<溶質為離子型物質的順序。

②溶質質點被相互分開后進入溶劑中。由于溶劑分子之間也存在相互作用,溶劑為了接納溶質分子的進入同樣需要吸收能量,破壞分子間的結合。這個過程所需的能量依溶劑分子間相互作用的增強而增大,其能量大小呈現出溶劑為非極性物質<溶劑為極性物質<溶劑為可相互形成氫鍵的物質的順序。同時,當溶質分子的體積增大時,容納溶質的空間亦增大,需要破壞更多的溶劑分子間的結合,所需的能量也增大。

③溶質分子分散進入溶劑,溶質分子與鄰近的溶劑分子相互作用,這一相互作用的形成過程是放熱的。釋放的能量依據溶質分子與溶劑分子相互作用的增強而增大,其能量大小呈現出的順序為:溶劑分子和溶質分子都是非極性物質<溶劑分子和溶質分子中一個是非極性物質,而另一種是極性物質<溶劑分子和溶質分子都是極性物質<溶質分子可以被溶劑分子溶劑化的。

如果第一個過程和第二個過程的所需能量較小,第三個過程釋放的能量較大,那么總的焓變就可能是負值(放熱)或焓變的正值不太大(吸熱不是太大),此時物質的溶解過程就容易實現。反之,當溶質分子彼此的結合力很強時(第一步所需的能量較大),溶質就僅僅可能溶于與溶質相互作用較大的溶劑中;當溶劑分子之間自締合作用很強時(例如,水為溶劑),溶劑僅僅可能溶解與其形成很強的溶質-溶劑相互作用的溶質分子。

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