溶解与溶解度・重结晶
溶解平衡と溶解度・再結晶
极性溶质溶于极性溶剂,非极性溶质溶于非极性溶剂。固体的溶解度是「100 g 水能溶几克溶质」;溶解度随温度变化大的用冷却重结晶、变化小的用浓缩重结晶。
食盐溶于水,碘却不溶;可碘能溶在苯里,食盐反而不溶。溶不溶不是溶质单方面的性质,而是溶质与溶剂「配不配」的问题。而「能溶多少」还要看温度 —— 这一条正是从溶液里把纯晶体重新拿出来的办法。
为什么是这样
食盐溶于水的机制是水合:水是极性分子,它的负端(氧一侧)围住 Na+、正端(氢一侧)围住 Cl−,用静电力把离子从晶体上拉下来并包裹起来。这样形成的离子叫水合离子,它们靠热运动扩散开,溶液就均匀了。
所以能不能溶,取决于溶剂能不能对溶质产生足够的作用。乙醇和蔗糖虽然不电离,但分子里有羟基 –OH,能与水形成氢键 —— 所以照样易溶。而碘 I2、萘 C10H8 是非极性分子,水对它们无从下手,所以不溶;把它们放进苯或己烷这类非极性溶剂里,分子间的弱作用力就够了,于是能溶。
结论是一句话:极性的溶极性的,非极性的溶非极性的。还有一类特殊情况:AgCl 虽然是离子晶体,但它的离子键太强,水合的力量拉不开 —— 所以有难溶的离子晶体。「离子晶体一定溶于水」并不成立。
定量表达
往水里不断加固体,加到一定量就溶不下去了。此时溶解的速度与析出的速度相等,表面上停止溶解 —— 这叫溶解平衡,这样的溶液叫饱和溶液。饱和时溶解的量就是溶解度,习惯上用「100 g 水能溶几 g 溶质」表示,单位 g/100 g 水。注意分母是水(溶剂),不是溶液 —— 这与质量百分浓度的分母不同。
溶解度随温度变化,画成溶解度曲线。一般固体的溶解度随温度升高而增大,但斜率差别很大:硝酸钾从 0 ℃ 的 13 g 涨到 100 ℃ 的 245 g,氯化钠只从 35.7 涨到 39.3。氢氧化钙则相反 —— 温度越高溶解度越小,这是要记住的反例。
斜率决定了提纯方法。溶解度随温度变化大 → 冷却重结晶:高温配成饱和溶液再冷却,析出的量就是两个温度溶解度之差。变化小 → 浓缩重结晶:靠蒸发溶剂来析出,析出量 =溶解度⁄100×蒸发掉的水的质量。海水制盐用的正是后者。
- x
- 冷却后析出的晶体质量[g]
- S1
- 高温时的溶解度[g/100 g 水]
- S2
- 低温时的溶解度[g/100 g 水]
- w
- 高温时饱和溶液的质量[g]
- 适用于不含结晶水的溶质;含结晶水时要先把结晶水折算成水
- 分母是 100+S1(高温饱和溶液的质量),不是 100 —— 这是最常见的失误
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