離子化合物的溶解性規(guī)律探討

周立梅　李葉平

摘要：闡述了離子化合物的溶解過(guò)程，從熱力學(xué)（焓變、熵變）、溫度和極化作用等方面分析了影響離子化合物溶解性的因素，總結(jié)了離子化合物溶解性的判斷方法，找出了離子化合物溶解性的一般規(guī)律。

關(guān)鍵詞：離子化合物；溶解性；因素；方法；規(guī)律

溶解性指的是物質(zhì)溶解的程度，它是物質(zhì)的一個(gè)很重要的物理性質(zhì)。物質(zhì)溶解性問(wèn)題不但在教學(xué)而且在日常生活中都有很重要的意義，因此對(duì)物質(zhì)溶解性的研究就顯得比較重要，有許多學(xué)者對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究。下文主要從熱力學(xué)、溫度和極化力等方面分析了離子化合物在水中溶解程度存在較大差異的原因，并找出了離子化合物溶解性的判斷方法及一般規(guī)律。

1 離子化合物的溶解過(guò)程

離子化合物的溶解過(guò)程可以看作分為兩步來(lái)完成。第一步為離子晶體中的正離子和負(fù)離子克服離子之間的相互作用，從晶格中解離下來(lái)變成氣態(tài)的正離子和氣態(tài)的負(fù)離子的過(guò)程，即晶格升華的過(guò)程，該過(guò)程是一吸熱過(guò)程。第二步為氣態(tài)的正離子和氣態(tài)的負(fù)離子和極性的水分子形成水合的正離子和水合的負(fù)離子的過(guò)程，即離子水合的過(guò)程，該過(guò)程是一放熱過(guò)程。

2 影響離子化合物溶解性的因素

2.1 熱力學(xué)因素

可根據(jù)溶解標(biāo)準(zhǔn)自有能變來(lái)討論離子化合物溶解能力的大小。若溶解標(biāo)準(zhǔn)自有能變?yōu)檎?，溶解過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行，則該離子化合物不易溶于水；若溶解標(biāo)準(zhǔn)自有能變?yōu)樨?fù)值，溶解過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，則該離子化合物易溶于水。根據(jù)公式ΔSGθ=ΔSHθ-TΔsSθ可以看出，溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變?chǔ)Gθ是由溶解標(biāo)準(zhǔn)焓變?chǔ)Hθ和溶解標(biāo)準(zhǔn)熵變?chǔ)Sθ兩部分共同決定的。

2.2 溫度

離子化合物在水中溶解能力的大小除受熱力學(xué)因素影響外，溫度對(duì)其溶解能力的影響也是較大的。溫度對(duì)離子化合物溶解能力大小的影響和其溶解過(guò)程中的熱量變化有一定的關(guān)系。如果溶解過(guò)程是一吸熱過(guò)程，則隨著溫度的升高，離子化合物的溶解度將會(huì)逐漸的增加；如果溶解過(guò)程是一放熱過(guò)程，則隨著溫度的升高，離子化合物的溶解度將會(huì)逐漸的減小。隨著溫度的升高，大多數(shù)離子化合物（如Na2CO3、NH4NO3）在水中的溶解度將會(huì)逐漸的增加。隨著溫度的升高，少數(shù)離子化合物（如NaCl）在水中的溶解度變化程度比較小。隨著溫度的升高，個(gè)別離子化合物（如Ca（OH）2）在水中的溶解度將會(huì)逐漸的減少。

2.3 極化作用力

離子之間的極化作用也是影響離子化合物溶解性的一個(gè)很主要的因素。假如正離子和負(fù)離子形成化合物時(shí)，正離子和負(fù)離子之間沒(méi)有極化作用，其間的化學(xué)鍵屬于純的離子鍵，則該離子化合物易溶解。但若離子之間存在著極化作用，極化作用越強(qiáng)，鍵的共價(jià)成分就越多，從而使離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡，致使化合物溶解度減小。極化作用的強(qiáng)弱與正負(fù)離子的半徑、所帶的電荷及電子構(gòu)型有關(guān)。

3 離子化合物溶解性的判斷方法

3.1 溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變

溶解過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)自由能變可以判斷離子化合物溶解的難易程度。根據(jù)公式Δ s Gθ = Δ s HθTΔ s Sθ可知，因溫度恒為正值，所以溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變的值是正值還是負(fù)值由溶解焓變和溶解熵變兩項(xiàng)值的大小共同決定。溶解焓變和溶解熵變可以取正值也可以取負(fù)值，故決定溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變的值是正值還是負(fù)值，可分為四種情況：

（1）當(dāng)溶解焓變?yōu)檎?，溶解熵變?yōu)樨?fù)值時(shí)，溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變恒為正值，溶解過(guò)程不能自發(fā)的進(jìn)行，則該類(lèi)離子化合物不易溶解。

（2）當(dāng)溶解焓變?yōu)樨?fù)值，溶解熵變?yōu)檎禃r(shí)，溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變恒為負(fù)值，溶解過(guò)程可以自發(fā)的進(jìn)行，則該類(lèi)離子化合物易溶解。

（3）當(dāng)溶解焓變和溶解熵變都為負(fù)值時(shí)，溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變的值可能為正值也可能為負(fù)值，只有當(dāng)ΔsHθ>TΔsSθ時(shí)，則該類(lèi)離子化合物易溶解。

（4）當(dāng)溶解焓變和溶解熵變都為正值時(shí)，溶解標(biāo)準(zhǔn)自由能變的值可能為正值也可能為負(fù)值，若ΔsHθ由公式ΔSGθ=ΔSHθ-TΔsSθ，若已知離子化合物在某一溫度下ΔsHθ、ΔsSθ的值，求出ΔsGθ的值，進(jìn)而對(duì)其溶解性進(jìn)行判斷。

3.2 無(wú)機(jī)含氧酸鹽的溶解性定量計(jì)算方法

如果不考慮外界因素（溫度、壓力等）的影響，無(wú)機(jī)含氧酸鹽溶解的難易程度主要由以下兩方面因素決定：

（1）與無(wú)機(jī)含氧酸根離子所帶的電荷數(shù)有關(guān)，而無(wú)機(jī)含氧酸根離子所帶的電荷數(shù)又和無(wú)機(jī)含氧酸根離子中所含氧原子的個(gè)數(shù)有關(guān)。而每個(gè)氧原子與成酸原子成鍵的方式又不是完全一樣的，如果從其平均作用來(lái)考慮，每個(gè)氧原子所帶的平均電荷數(shù)越少，對(duì)正離子的引力越弱，故該無(wú)機(jī)含氧酸根離子和某一特定的正離子溶解度越大。

（2）與無(wú)機(jī)含氧酸根中氧原子和成酸原子的電負(fù)性差值有關(guān)。在無(wú)機(jī)含氧酸根離子中，氧原子與成酸原子之間的電負(fù)性差越小，氧原子把成酸原子的電子云拉向氧原子的能力就越小，使氧原子所帶的負(fù)電荷較少，從而導(dǎo)致無(wú)機(jī)含氧酸根離子對(duì)正離子的引力減弱，其鹽的溶解性增大。

通過(guò)以上分析我們可以得到一個(gè)無(wú)機(jī)含氧酸鹽溶解性的定量計(jì)算公式：

1S1=K1ZA+K2ΔxA

其中S1代表的是溶解性參數(shù)，Z代表的是無(wú)機(jī)含氧酸根離子所帶的電荷數(shù)，Δx代表的是氧原子和成酸原子的電負(fù)性差值，A代表的是無(wú)機(jī)含氧酸根離子中所包含氧原子的個(gè)數(shù)， K1、K2為比例常數(shù)。

4 離子化合物溶解性的一般規(guī)律

到目前為止還沒(méi)有比較好的理論來(lái)說(shuō)明離子化合物溶解性問(wèn)題，人們也沒(méi)有找到比較完整的規(guī)律來(lái)概括其溶解性問(wèn)題，只有通過(guò)做大量的實(shí)驗(yàn)從中總結(jié)出一些化合物溶解性的一般規(guī)律。①半徑大、所帶電荷少的離子所形成的離子化合物易溶解。②正離子和負(fù)離子半徑相差較大的離子化合物，其溶解度較大；正離子和負(fù)離子半徑相差較小的離子化合物，其溶解度較小。故對(duì)于同一類(lèi)型離子化合物來(lái)說(shuō)，正離子和負(fù)離子半徑相差大的離子化合物比相差小的易溶解。③極化作用強(qiáng)，變形性大的離子所組成的化合物一般難溶解。

5 小結(jié)與評(píng)論

上文雖然對(duì)離子化合物的溶解過(guò)程及影響因素進(jìn)行了分析，但因影響離子化合物溶解性的因素有很多，本文只是從某些方面對(duì)其溶解性進(jìn)行了分析，但對(duì)于存在著特殊溶解性的離子化合物來(lái)說(shuō)，就需要從另外一些方面對(duì)其溶解性作出分析。

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