溶劑化：修订间差异

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2023年7月31日 (一) 23:18的版本

A sodium ion solvated by water molecules. It has to be assumed that delta on hydrogen is 1/2 of delta on oxygen for this diagram to be correct

溶劑化（solvation）有時也稱為溶解（dissolution），為一吸引帶有分子離子溶劑的溶液聚集的過程。當離子在溶劑中溶解，且會被溶劑分子所包圍。

溶劑化、溶解和溶解性的不同

由國際純粹與應用化學聯合會 (IUPAC)定義，溶劑化是指溶質和溶劑之間的交互作用，使溶質在溶液中穩定。^[1]根據在依溶劑中離子被溶劑分子環繞，或是形成複合體，可以用來表示溶劑的狀態。(參考solvation shell)溶劑化的觀念，也可應用於不溶的物質，例如，離子交換樹脂表面的官能基溶劑化。

在觀念上，溶劑化和溶解以及溶解性是不同的。溶解為化學動力學的過程，藉由其速率量化。當溶解率和沉澱率相等時，溶解性達到動態平衡的狀態。

藉由單位可以更了解三者之間的差異性。配位作用可透過配位數複雜的平衡常數來描述。溶解的單位為mol/s，而溶解性的單位為mol/kg。

溶劑化的不同，也在於液化伴隨著不可逆的化學改變。例如:鋅不可被鹽酸溶劑化，但它可藉由化學反應，形成可溶的氯化鋅鹽。

溶劑化與分子間的交互作用

極性溶劑為包含鍵偶極矩的分子結構。此種化合物通常具有很高的介電常數(又稱:相對電容率)。溶劑的這些極性分子可以溶劑化離子，因為他們可以使帶有部分電荷的分子朝向離子以回應靜電吸引。這種現象穩定了系統也創造出一溶劑殼結構 (或是水溶液中形成水合結構)。水是最常見且最穩定的極性溶劑。但也有其他的溶劑，例如:乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亞碸、碳酸亞丙酯。這些溶劑可用來溶解非有機化合物，像是鹽類。

溶劑化牽涉到許多不同形式的分子間交互作用:氫鍵、離子偶極矩和分子間作用力或凡得瓦力。氫鍵、離子偶極矩，只會發生於極性溶劑。離子和離子間的作用力，只會發生於離子溶劑。偏向熱力學的溶劑化反應，只會發生於溶液的吉布斯能降低時，比較溶劑和固體(或是氣體或液體)分離的Gibbs energy。這代表焓的改變量減熵的改變量(乘以絕對溫度)為負值，或是指系統的 Gibbs free energy 降低。

溶液的導電率和離子的溶劑化有關。水合反應也影響生物分子電子和震動的性質。^[2]^[3]

熱力學方面的考量

對於溶劑化的發生，需要能量解開現存晶格中的個別離子及分子。對於打斷離子之間的吸引力這是非常重要的，等同於固體晶格的自由能(為離子互相鍵結，而形成晶格的能量釋放)。這個能量來自晶格的離子和溶劑中分子有關聯時所釋放的能量。這種形式的能量釋放稱為溶劑化的自由能。

溶液中的溶解熱為，溶液中的熱焓減掉分離系統的熱焓，而熵則是對應到不同的熵。大部分的氣體有負的溶解熱。而負的溶解熱代表溶質在高溫時不易溶解。

雖然早期的想法為，離子半徑越高比例的陽離子帶電，或是電荷密度，會造成較多的溶劑化反應產生。這種想法，對於像是三價的鐵或是鑭系元素和錒系元素，為較易快速行水合反應而形成不溶的水合氧化物的元素，是不符合的。作為固體，明顯的無法進行溶劑化反應。

溶解熱可以幫助解釋為甚麼有些離子晶格可以進行溶劑化反應，而有些不行。不同的能量對於一晶格離子之間的釋放與溶劑分子之間的結合，稱為溶解熱。溶液的熱焓如果為負，表示可能可溶解；而如果為正，則表示溶劑化不會發生。如果要使為正數的熱焓，發生溶劑化反應的話，就必須加入額外的能量，在離子分離時提高熵值。額外加入的熵，會使單獨計算物質是否溶解變得困難。溶劑的定量測量是藉由donor number所測。

一般來說，熱力學的溶液分析，是藉由反應作為標準來分析的。例如:如果加氯化鈉到水中，則此鹽類，會解離成鈉離子和氯離子。此解離的平衡方程式可以藉由改變反應的Gibb's free energy來預測。

Max Born已經寫出第一個離子化合物的溶劑化定量標準。

參見

參考資料

^ 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "solvation"。doi:10.1351/goldbook.S05747
^ Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) 存档副本. [2012-05-17]. （原始内容存档于2016-05-15）.
^ Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a （页面存档备份，存于互联网档案馆）

外部連結

IUPAC （页面存档备份，存于互联网档案馆）

[1] 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "solvation"。doi:10.1351/goldbook.S05747

[2] Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) 存档副本. [2012-05-17]. （原始内容存档于2016-05-15）.

[3] Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a （页面存档备份，存于互联网档案馆）

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 [[File:Na+H2O.svg|thumb|A sodium ion solvated by water molecules. It has to be assumed that delta on hydrogen is 1/2 of delta on oxygen for this diagram to be correct]]
-'''溶劑合'''（solvation）有時也稱為[[溶解]]（dissolution），為一吸引帶有分子[[離子]]溶劑的溶液聚集的過程。當離子在溶劑中溶解，且會被溶劑分子所包圍。
+'''溶劑化'''（solvation）有時也稱為[[溶解]]（dissolution），為一吸引帶有分子[[離子]]溶劑的溶液聚集的過程。當離子在溶劑中溶解，且會被溶劑分子所包圍。
-== 溶劑合、溶解和溶解性的不同 ==
+==溶劑化、溶解和溶解性的不同==
-由[[國際純粹與應用化學聯合會]] (IUPAC)定義，溶劑合是指溶質和溶劑之間的交互作用，使溶質在溶液中穩定。<ref>{{GoldBookRef|title=solvation|file=S05747}}</ref>根據在依溶劑中離子被溶劑分子環繞，或是形成複合體，可以用來表示溶劑的狀態。(參考solvation shell)溶劑合的觀念，也可應用於不溶的物質，例如，[[離子交換樹脂]]表面的官能基溶劑合。
+由[[國際純粹與應用化學聯合會]] (IUPAC)定義，溶劑化是指溶質和溶劑之間的交互作用，使溶質在溶液中穩定。<ref>{{GoldBookRef|title=solvation|file=S05747}}</ref>根據在依溶劑中離子被溶劑分子環繞，或是形成複合體，可以用來表示溶劑的狀態。(參考solvation shell)溶劑化的觀念，也可應用於不溶的物質，例如，[[離子交換樹脂]]表面的官能基溶劑化。
-在觀念上，溶劑合和溶解以及溶解性是不同的。溶解為[[化學動力學]]的過程，藉由其速率量化。當溶解率和[[沉澱]]率相等時，溶解性達到[[動態平衡]]的狀態。
+在觀念上，溶劑化和溶解以及溶解性是不同的。溶解為[[化學動力學]]的過程，藉由其速率量化。當溶解率和[[沉澱]]率相等時，溶解性達到[[動態平衡]]的狀態。
 藉由單位可以更了解三者之間的差異性。配位作用可透過[[配位數]]複雜的[[平衡常數]]來描述。溶解的單位為mol/s，而溶解性的單位為mol/kg。
-溶劑合的不同，也在於液化伴隨著不可逆的化學改變。例如:鋅不可被鹽酸溶劑合，但它可藉由化學反應，形成可溶的氯化鋅鹽。
+溶劑化的不同，也在於液化伴隨著不可逆的化學改變。例如:鋅不可被鹽酸溶劑化，但它可藉由化學反應，形成可溶的氯化鋅鹽。
-==溶劑合與分子間的交互作用==
+==溶劑化與分子間的交互作用==
-[[極性]]溶劑為包含[[鍵偶極矩]]的分子結構。此種化合物通常具有很高的介電常數(又稱:[[相對電容率]])。溶劑的這些極性分子可以溶劑合離子，因為他們可以使帶有部分電荷的分子朝向離子以回應靜電吸引。這種現象穩定了系統也創造出一溶劑殼結構 (或是水溶液中形成水合結構)。水是最常見且最穩定的極性溶劑。但也有其他的溶劑，例如:乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亞碸、碳酸亞丙酯。這些溶劑可用來溶解非有機化合物，像是鹽類。
+[[極性]]溶劑為包含[[鍵偶極矩]]的分子結構。此種化合物通常具有很高的介電常數(又稱:[[相對電容率]])。溶劑的這些極性分子可以溶劑化離子，因為他們可以使帶有部分電荷的分子朝向離子以回應靜電吸引。這種現象穩定了系統也創造出一溶劑殼結構 (或是水溶液中形成水合結構)。水是最常見且最穩定的極性溶劑。但也有其他的溶劑，例如:乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亞碸、碳酸亞丙酯。這些溶劑可用來溶解非有機化合物，像是鹽類。
-溶劑合牽涉到許多不同形式的分子間交互作用:[[氫鍵]]、離子偶極矩和[[分子間作用力]]或[[凡得瓦力]]。氫鍵、離子偶極矩，只會發生於極性溶劑。離子和離子間的作用力，只會發生於離子溶劑。偏向熱力學的溶劑合反應，只會發生於溶液的[[吉布斯能]]降低時，比較溶劑和固體(或是氣體或液體)分離的Gibbs energy。這代表焓的改變量減熵的改變量(乘以絕對溫度)為負值，或是指系統的 Gibbs free energy 降低。
+溶劑化牽涉到許多不同形式的分子間交互作用:[[氫鍵]]、離子偶極矩和[[分子間作用力]]或[[凡得瓦力]]。氫鍵、離子偶極矩，只會發生於極性溶劑。離子和離子間的作用力，只會發生於離子溶劑。偏向熱力學的溶劑化反應，只會發生於溶液的[[吉布斯能]]降低時，比較溶劑和固體(或是氣體或液體)分離的Gibbs energy。這代表焓的改變量減熵的改變量(乘以絕對溫度)為負值，或是指系統的 Gibbs free energy 降低。
-溶液的導電率和離子的溶劑合有關。水合反應也影響生物分子電子和震動的性質。<ref>Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) {{cite web |url=http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v136/i11/p114709_s1 |title=存档副本 |accessdate=2012-05-17 |deadurl=yes |archiveurl=http://arquivo.pt/wayback/20160515021109/http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v136/i11/p114709_s1 |archivedate=2016-05-15 }}</ref><ref>Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a {{Wayback|url=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a |date=20190809074924 }}</ref>
+溶液的導電率和離子的溶劑化有關。水合反應也影響生物分子電子和震動的性質。<ref>Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) {{cite web |url=http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v136/i11/p114709_s1 |title=存档副本 |accessdate=2012-05-17 |deadurl=yes |archiveurl=http://arquivo.pt/wayback/20160515021109/http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v136/i11/p114709_s1 |archivedate=2016-05-15 }}</ref><ref>Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a {{Wayback|url=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a |date=20190809074924 }}</ref>
 ==熱力學方面的考量==
-對於溶劑合的發生，需要能量解開現存晶格中的個別離子及分子。對於打斷離子之間的吸引力這是非常重要的，等同於固體晶格的自由能(為離子互相鍵結，而形成晶格的能量釋放)。這個能量來自晶格的離子和溶劑中分子有關聯時所釋放的能量。這種形式的能量釋放稱為溶劑合的自由能。
+對於溶劑化的發生，需要能量解開現存晶格中的個別離子及分子。對於打斷離子之間的吸引力這是非常重要的，等同於固體晶格的自由能(為離子互相鍵結，而形成晶格的能量釋放)。這個能量來自晶格的離子和溶劑中分子有關聯時所釋放的能量。這種形式的能量釋放稱為溶劑化的自由能。
 溶液中的[[溶解熱]]為，溶液中的熱焓減掉分離系統的熱焓，而[[熵]]則是對應到不同的熵。大部分的氣體有負的溶解熱。而負的溶解熱代表溶質在高溫時不易溶解。
-雖然早期的想法為，離子半徑越高比例的陽離子帶電，或是電荷密度，會造成較多的溶劑合反應產生。這種想法，對於像是三價的鐵或是[[鑭系元素]]和[[錒系元素]]，為較易快速行水合反應而形成不溶的水合氧化物的元素，是不符合的。作為固體，明顯的無法進行溶劑合反應。
+雖然早期的想法為，離子半徑越高比例的陽離子帶電，或是電荷密度，會造成較多的溶劑化反應產生。這種想法，對於像是三價的鐵或是[[鑭系元素]]和[[錒系元素]]，為較易快速行水合反應而形成不溶的水合氧化物的元素，是不符合的。作為固體，明顯的無法進行溶劑化反應。
 [[File:Effect of solvent on solubility.png|600px|Solvation of a solute by solvent]]
-溶解熱可以幫助解釋為甚麼有些離子晶格可以進行溶劑合反應，而有些不行。不同的能量對於一晶格離子之間的釋放與溶劑分子之間的結合，稱為溶解熱。溶液的熱焓如果為負，表示可能可溶解；而如果為正，則表示溶劑合不會發生。如果要使為正數的熱焓，發生溶劑合反應的話，就必須加入額外的能量，在離子分離時提高熵值。額外加入的熵，會使單獨計算物質是否溶解變得困難。溶劑的定量測量是藉由donor number所測。
+溶解熱可以幫助解釋為甚麼有些離子晶格可以進行溶劑化反應，而有些不行。不同的能量對於一晶格離子之間的釋放與溶劑分子之間的結合，稱為溶解熱。溶液的熱焓如果為負，表示可能可溶解；而如果為正，則表示溶劑化不會發生。如果要使為正數的熱焓，發生溶劑化反應的話，就必須加入額外的能量，在離子分離時提高熵值。額外加入的熵，會使單獨計算物質是否溶解變得困難。溶劑的定量測量是藉由donor number所測。
 一般來說，熱力學的溶液分析，是藉由反應作為標準來分析的。例如:如果加氯化鈉到水中，則此鹽類，會解離成鈉離子和氯離子。此解離的平衡方程式可以藉由改變反應的Gibb's free energy來預測。
-Max Born已經寫出第一個離子化合物的溶劑合定量標準。
+Max Born已經寫出第一個離子化合物的溶劑化定量標準。
 ==參見==

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