溶液、溶解度、溶解度平衡
溶液は、主成分である溶媒と微量成分である溶質で構成される均一な混合物です。 溶液の物理的状態 (固体、液体、または気体) は通常、溶媒の物理的状態と同じです。 溶質濃度は、希薄 (比較的低濃度) や濃縮 (比較的高濃度) などの定性的な用語で表されることがよくあります。
溶液中では、溶質粒子(分子、原子、イオン)は溶媒分子に密に囲まれており、引力によって相互作用します。 この溶解プロセスは溶解と呼ばれます。 水が溶媒である場合、このプロセスは水和として知られています。 溶解の場合、溶質と溶媒の相互作用は、溶質と溶質および溶媒と溶媒の相互作用よりも強くなければなりません。 沈殿は溶解の逆であり、溶質間の強い相互作用によって起こります。
溶解度は、所定量の溶媒に溶解できる溶質の最大量の尺度です。 温度、圧力、分子極性は、溶解度に影響を与える重要な要素の一部です。 溶解度平衡は、溶質種の溶解と沈殿が同じ速度で起こるときに確立されます。
似たものに溶ける
溶質が特定の溶媒に溶けるかどうかを予測するには、「似たものは似たものに溶ける」という経験則があります。 極性またはイオン性溶質は、溶媒分子とのイオン-双極子相互作用または双極子-双極子相互作用により極性溶媒に溶解します。 このような相互作用は、非極性溶媒では不可能です。 非極性溶質は、分子間分散力によって非極性溶媒に溶解します。
親水性、疎水性、両親媒性化合物
水は極性溶媒です。 水に溶ける溶質は「親水性」と呼ばれます。 たとえば、固体の KCl を水に加えると、極性水分子のプラス (水素) 端はマイナスの塩化物イオンに引き寄せられ、水のマイナス (酸素) 端はプラスのカリウム イオンに引き寄せられます。 水の分子は個々の K+ イオンと Cl− イオンを取り囲み、イオンを結合する強い力を弱め、それらを溶解イオンとして溶液中に移動させます。
水に溶けない溶質は「疎水性」と呼ばれます。 このような溶質は、油と同様、溶質間の相互作用がより強いため、周囲の水分子と水素結合を形成できません。 その結果、溶質粒子は凝集し、溶けずに残ります。
極性基と非極性基の両方を持つ化合物は、「両親媒性」と呼ばれます。 たとえば、脂肪酸の塩である石鹸です。 それらは、非極性炭化水素の疎水性尾部と極性親水性頭部を持っています。 石鹸や洗剤の洗浄作用は、関与する分子の構造の観点から説明できます。 石鹸や洗剤の分子の炭化水素 (非極性) 末端は、油、グリース、汚れ粒子などの非極性物質に溶解するか、非極性物質に引き寄せられます。 イオン末端は水に引き寄せられます(極性)。 その結果、石鹸や洗剤の分子は汚れの粒子と水の間の界面に並び、非極性と極性の 2 つの異なる種類の物質の間の一種の役割を果たします。 その結果、汚れ粒子はコロイド粒子として浮遊し、容易に洗い流されます。
このテキストは、OpenStax Chemistry 2e、セクション 11.1: 溶解プロセス、セクション 11.3: 溶解度、およびセクション 11.5: コロイドから改変されたものです。
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