一、溶解與沉澱
1. 溶解(dissolution):溶質分子離開溶質表面均勻溶於溶劑中的
現
象。
現
象。
2. 沉澱(precipitation):已溶解的溶質經碰撞聚集成大顆粒而又
在
溶液中析出的現象。
在
溶液中析出的現象。
※析出晶體的過程叫做結晶(crystallization)
二、溶解度(solubility)
1.定義：
定溫時，定量溶劑所能溶解溶質的最大量，稱為該溶質在該溫度下的溶解度。此時的溶液為飽和溶液。符號以『S』表示2.常用表示法：
(1) 重量濃度：每 100 克溶劑中所含溶質的克數(單位：g /100g)≠P% 例：20℃，100g 的水最多可溶 37g 的 NaClàS＝37g / 100g水(2) 體積濃度：每 1 升溶液中所含溶質的莫耳數(單位：mol / L )＝CM3.分類：
(1) 可溶：S＞10−1M 例：20℃，NaCl在水中S=6M，AgNO3在水中S=5M(2) 微溶：10−1＞S＞10−4M 例：20℃，NaCl在乙醇中S=9×10−3M
(3) 難溶：S＜10−4M 例：20℃，AgCl在水中S=10−5M
三、溶液依溶解度分類
1. 飽和溶液 ( saturated solution )：定溫下濃度＝溶解度之溶液。
(1) 特性：溶質的溶解速率（Rd）與沈澱速率（Rp）相等，又稱為溶解平衡，此平衡屬於一種「動態平衡」。
(2)動態平衡證據：
在飽和糖溶液中放入一堆小顆粒糖，經一段時間後，發現糖的形狀改變了，由小顆粒變成大塊，這是因為水中糖分子和晶體中糖分子仍持續互相交換的緣故。
2.未飽和溶液 ( unsaturated solution )：定溫下濃度＜溶解度之溶液。
(1) 特性：未飽和溶液很穩定。再加入少許固體溶質時，固體溶質繼續溶解。
(2) 達飽和方法：
a.增加溶質(直到不能再被溶解)
b.減少溶劑(蒸發)
c.改變溫度(通常是降溫)
3.過飽和溶液(supersaturated solution)：定溫下濃度＞溶解度之溶液。
(1)特性：過飽和溶液是一種不穩定狀態，加入少量晶體當晶種或攪拌，都可使過量溶質結晶析出而變成飽和溶液。
原理：溶液中已溶解的分子或離子，須有固體表面的吸附才能再結晶變成晶體。
因為過飽和溶液細小的晶體核心不容易形成，因此幫它建立晶體核心才能使過量被溶解的溶質結晶析出。
(2)達飽和方法：
a.
加晶種(通常為溶質本身，或結構接近的固體)
b.
攪拌或震動
c.
改變溫度(通常是升溫)
(3)應用：
a.
人造雨：在天空中散布碘化銀(AgI)(結晶核)與乾冰
b. 敷熱包：塑膠袋內裝有過飽和醋酸鈉溶液，使用時按金屬圓盤。
(4)配製 :
a.
先配製較高溫時之飽和溶液（此溶質在高溫時之溶解度需比低溫大）
b.
若飽和溶液中有未溶解之溶質，先過濾除去
c. 將此飽和溶液冷卻（冷卻時應避免震動或防止其他物質進入溶液中，以免出現結晶)。例如糖、醋酸鈉(NaCH3COOH)均可用此法來配製過飽和溶液。
通常化合物的結晶構造越複雜或是化合物的溶解度越大，就越不容易結晶，也就越容易形成過飽和溶液（如醋酸鈉、硫酸鈉Na2SO4、硫代硫酸鈉Na2S2O3）
《重要觀念》
(1) 濃度未必等於溶解度，除非飽和溶液兩者才相等。
(2) 定溫下，加入溶質可能改變濃度，但不會改變溶解度。
(3) 飽和、未飽和、過飽和溶液之辨別：加晶體
(4) 只要有固體存在，其澄清液必飽和。
(5) 過飽和溶液(不穩定狀態)，其久置必回到飽和(穩定狀態)
四、影響溶解度的因素
1. 本性：
(1) 原則：同類互溶( likes dissolve likes)
溶質和溶劑有相似性質時，會有較大的溶解度。
極性分子溶於極性分子，非極性分子溶於非極性分子。
(2) 極性(polarity)：分子化合物中，電荷分布不均，發生電荷分離的現象。
a. 極性化合物(polar compound)：H2O、HCl、NH3、CH3OH、CH3COOH…
b. 非極性化合物(nonpolar compound)：H2、N2、I2、CH4、C2H6、CCl4…
(3) 舉例：
a.
不同溶質在同一溶劑中：HCl(極性)易溶於水、汽油(非極性)難溶於水
b.
相同溶質在不同溶劑中：I2易溶於CCl4(非極性)、難溶於水(極性)
溶質與溶劑可生成氫鍵者，溶解度大。例如：酒精和水可以任意比例混合。
2. 溫度：
(1) 溶解為吸熱反應à溶解度隨著溫度升高而增加。
a. 大部分固體：KNO3(s)、CH3COONa(s)、NH4NO3(s)、C12H22O11(s)…
(2) 溶解為放熱反應à溶解度隨著溫度升高而降低。
a. 少部分固體Li2SO4(s)、Na2SO4(s)、MgSO4(s)、、MnSO4(s)、Ce2(SO4)3(s)、
Ca(CH3COO)2．2H2O(s)、CaCl2(s)…(以上為高中所有版本出現的例子)
b.
所有氣體：溫度越大→動能越大→越易掙脫溶劑的束縛回到氣相
溫度
℃
|
NH3
|
HCl
|
CO2
|
H2
|
O2
|
N2
|
0
20
40
60
80
100
|
1176
702
|
507
442
386
339
|
1.71
0.88
0.53
0.36
|
0.021
0.018
0.016
0.016
0.016
0.016
|
0.049
0.031
0.023
0.019
0.018
0.017
|
0.024
0.015
0.012
0.010
0.0096
0.0095
|
※氣體對水溶解度可分成三類：
d 難溶：25℃，1mL 水能溶解氣體 ＜0.1
mL ，如 H2、N2、O2、CO、NO、Ar
d 微溶：25℃，1mL
水能溶解氣體 1～5
mL ，如 CO2、Cl2、C2H2、H2S
d 易溶：25℃，1mL 水能溶解氣體 ＞10
mL ，如 SO2、HCl、NH3、NO2 c. 濃酸、ⅠA、ⅡA氧化物及氫氧化物：H2SO4(aq)、CaO(s)、NaOH(s)…
(3)溶解度幾乎不隨溫度改變：
a. 極少部分固體：NaCl(s) (溶解熱 1.3
kcal/mol甚小)、PbCl2(s)…
b. 大部分液體：液體溶解度主要由本性決定。
(4)應用
a. 冰敷袋：NH4NO3(s)（+25.7
kJ/mol）溶於水吸熱
b. 熱敷袋：CaCl2(s)（－81.3
kJ/mol）和MgSO4(s)（－91.2 kJ/mol）溶於水放熱
c. 熱污染(thermal pollution)：有些工業廢水溫度甚高，直接排放到湖泊河川中，使得水中溶氧量降低，大批魚蝦因此窒息死亡、珊瑚白化…等，熱污染的災害範圍與影響程度往往超過有毒廢水。
d. 再結晶(recrystallization)：
利用固體在不同溫度時溶解度的差異，來純化(purification)物質。
c 條件：欲純化物質之溶解度隨溫度變化較大，雜質之溶解度隨溫度變化較小
d 步驟：高溫時，加適量溶劑，完全溶解欲純化之物質à熱過濾à降溫à結晶
e 例如：KNO3、NaCl之混合物，可利用溫度變化將兩者分離
（∵利用高溫將兩者溶解後，接著降溫冷卻，此時前者析出結晶， 後者因對溫度變化率不大不太會析出結晶）
3. 壓力：
(1)壓力對固態、液態溶質的溶解度影響不大，但對氣態溶質的影響卻極為顯著。
(2)亨利定律(Henry's law)：1803，英國化學家亨利(William Henry)提出
a.內容：定溫下，定量溶劑所溶解之氣體質量與其液面上氣體分壓成正比。
>a.公式：m = kP
c m：溶解於一定量溶劑中的氣體質量
d
P：該氣體的分壓
e
k：比例常數 (受氣體本性、溶劑本性以及溫度的影響)
亨利定律比例常數（kH，mM/atm）
|
|||
氣體
|
0℃
|
25℃
|
30℃
|
N2
|
1.1
|
0.67
|
0.40
|
O2
|
2.
|
||
CO
|
1.6
|
0.96
|
0.44
|
Ar
|
2.5
|
1.5
|
1.0
|
He
|
0.41
|
0.40
|
0.38
|
>b.適用：高溫低壓下之「難」溶性氣體。
c 難溶性氣體，在稀薄溶液時，氣體較符合亨利定律。 例：H2、O2、N2、CO、NO…
《氣體溶解度與壓力之關係圖》
d易溶性氣體,會和溶劑起化學作用,不適用亨利定律。
一般而言,亨利定律在相當低之壓力
下才能使用。上圖為氣體溶解度與
壓力之關係,圖中虛線部分表示適合
亨利定律的溶解度曲線,實線部分表
示各種氣體在不同壓力下實測溶解度
曲線,壓力越大時,溶解度偏差越大。
>c 證明：左邊容器氧的壓力為右邊容器氧分壓的
5 倍，所以左邊溶液內的氧為右邊溶液的 5
倍。
(3)
亨利定律另述：
a.
內容：定溫時，定量溶劑所溶氣體的體積為一定值，與該氣體分壓無關。
b. 說明：
定溫定壓下氣體之不管體積或是重量溶解量皆與溶劑量成正比。
(4) 應用：
a. 汽水：將純水在
0℃～4℃通過 4atm的CO2，在此低溫高壓的條件下，大量CO2溶入水中並達飽和，再加入糖與香料，就是可口的汽水了。當汽水瓶蓋打開後有氣泡冒出，這是因為CO2分壓降低，根據亨利定律，CO2溶解度隨之減少，多餘
CO2從溶液中逸出所致。當汽水喝入口中，CO2汽化會吸收熱量，所以會覺得清涼。
b. 潛水夫症：深海壓力是水面之數倍，因此潛水夫血液中的氧氣和氮氣溶解度均大大增加。當潛水夫快速浮上水面，他像是一個被開罐的汽水一樣。當壓力驟減至一大氣壓，溶於血中的氮氣會迅速離開血液，血液中的氣泡會造成許多問題，如局部疼痛、皮膚癢、呼吸困難、肺泡破裂、死亡等，此稱為潛水夫病。故潛水夫之空氣貯筒為氦氣和氧氣的混合氣體，以氦氣取代氮氣，因為氦氣對水溶解度即使在高壓下仍然極微，這可以避免潛水夫病的發生。
【思考】先將密封碳酸飲料急劇搖動後再打開，會有大量氣體衝出，為什麼？
（提示：考慮氣體溶解的因素以及過飽和溶液。）
資料來源:互聯網
一位喜歡網路尋寶的玩家
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