相似相溶(like dissolves like)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。

中文名

相似相溶

外文名

like dissolves like

原理

极性分子间的电性作用

释义

关于物质溶解性的经验规律

定义及解释

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。

⑴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

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。

⑵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、Br、I等)

3.含有相同官能团的物质互溶,如水中含羟基(

)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。

4、一般情况,极性相似,则可相溶。

其他原理

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I和CCl,白磷和CS,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I和CHOH,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I(非极性)分别在HO(强极性)、CHOH(弱极性)、CCl(非极性)中的溶解度(

溶剂)依次为0.030(25℃)、20.5(15℃)、2.91(25℃)。又如O(非极性)在1mL HO、乙醚(弱极性)、CCl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CS(非极性),但红磷(巨型结构)却不溶。

有机物相似相溶。

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O、I易溶于弱极性、非极性溶剂,但不能认为非极性的O、I在CCl(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(

),菲在苯中溶解度(

)。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、CHOH、CHOH、n-CHOH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,

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。CHO(葡萄糖)中含5个-OH,因分子比HO大了许多,只是易溶于水。高分子淀粉(CHO)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CHOH、CHOH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

、苯酚CHOH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

又如CHBr(1.8D)、CHI(1.6D)、CHOH(1.7D),极性相近,但20℃水溶度分别0

、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:

⑴两种金属A、B晶体结构类型相同,原子半径差值小(一般

),如Ag(144.2pm)和Au(143.9pm)都是面心立方堆积,半径相似,两者无相互溶;

⑵半径差

时,金属间部分溶解,如Mg在Cu或Ag中部分溶;

⑶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(

)互溶制保险丝

⑷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KNO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。