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Löslichkeit
Löslichkeit ist eine Eigenschaft physikalische Eigenschaft Bezugnehmen auf die Fähigkeit für eine gegebene Substanz, aufgelöster Stoff, sich in a auflösen Lösungsmittel.[1] Es wird in der maximalen Menge des aufgelösten Stoffs ausgedrückt gemessen aufgelöst in einem Lösungsmittel an Gleichgewicht. Die resultierende Lösung wird gesättigt genannt Lösung. Bestimmte Flüssigkeiten sind in allen Anteilen mit einem gegebenen Lösungsmittel, wie löslich äthanol in Wasser. Diese Eigenschaft bekannt wie Mißbarkeit.[2] Auch Gleichgewichtlöslichkeit kann unter verschiedenen Bedingungen überstiegen werden, um ein sogenanntes zu geben übersättigt Lösung, die ist metastabil.[3]
In einer Lösung ist das Lösungsmittel häufig eine Flüssigkeit, die eine reine Substanz oder ein a sein kann Mischung.[4] Die Sorte, die sich auflöst (der aufgelöste Stoff) kann ein Gas, eine andere Flüssigkeit oder ein Körper sein. Löslichkeit reichen weit, von unendlich löslichem wie äthanol in Wasser, zu schlecht löslichem, wie silberne Chlorverbindung im Wasser. Die Bezeichnung unlöslich wird häufig an den schlecht löslichen Mitteln zugetroffen, obwohl ausschließlich sprechend es sehr wenige Fälle gibt, in denen es absolut kein aufgelöstes Material gibt.
Molekulare Ansicht
Löslichkeit tritt unter dynamischem Gleichgewicht auf. Dies heißt, daß Löslichkeit resultierend aus zwei simultan und entgegensetzenden Prozessen angesehen werden sollte: Auflösung und Niederschlag. Das Löslichkeitgleichgewicht tritt auf, wenn die zwei Prozesse mit der gleichen Rate fortfahren.
Das Löslichkeitgleichgewicht ist für verhältnismäßig direkt kovalent Substanzen wie äthanol. Wenn äthanol im Wasser sich auflöst, bleiben die die neu äthanolmoleküle intakt aber Form Wasserstoffbindungen mit Wasser. Jedoch wenn Ionen Mittel wie Natriumchlorid (NaCl) löst sich im Wasser, das Natriumchlorid auf Gitter trennt sich in unterschiedliche Ionen, die sind solvated (aufgewickelt) mit einer Schicht der Wassermoleküle. Nichtsdestoweniger wird NaCl gesagt, um sich im Wasser aufzulösen, weil Verdampfung des Lösungsmittels kristallenes NaCl zurückbringt.
Manchmal wird die „auflösende“ Bezeichnung an einem irreversiblen angewendet chemische Reaktion, wie mit Eisen innen Salpetersäure, aber in solch einem Fall trifft das thermodynamische Konzept von Löslichkeit nicht zu.
Wenn es sich auflöst, kann ein aufgelöster Stoff einige Sorten in der Lösung bilden. Z.B. Wasser über den Kristallen des Eisenhydroxids, F.E. (OH-)2, am Gleichgewicht, enthält F.E.2+, F.E. (OH-)+, F.E. (OH-)2, F.E. (OH-)3- und vielleicht andere Komplexe. Folglich hängt die Löslichkeit des Eisenhydroxids von Ph. ab. Im allgemeinen kann Löslichkeit in der lösenden Phase nur für einen spezifischen aufgelösten Stoff gegeben werden, der thermodynamisch Stall ist, und der Wert der Löslichkeit schließt alle Sorte in der Lösung ein (im Beispiel oben, in allen Eisen-enthaltenen Komplexen).
Faktoren, die Löslichkeit beeinflussen
Löslichkeit wird für Besonderen definiert Phasen. Z.B. die Löslichkeit von aragonite und Calcit im Wasser werden erwartet, unterschiedlich zu sein, obwohl beide die gleiche chemische Substanz sind (Kalziumkarbonat).
Die Löslichkeit von einer Substanz, die in anderen sich auflöst, wird durch die Balance von festgestellt intermolekulare Kräfte zwischen dem Lösungsmittel und dem aufgelösten Stoff und Entropie ändern Sie, das die Solvatisierung begleitet. Faktoren wie Temperatur und Druck ändern diese Balance und so ändern die Löslichkeit.
Löslichkeit kann vom Vorhandensein anderer Sorte auch stark abhängen, die im Lösungsmittel, z.B. aufgelöst wird, kompliziert-Formung Anionen (ligands) in den Flüssigkeiten. Löslichkeit hängt auch vom überfluß (oder vom Mangel) eines Common-Ions (abAllgemeinioneffekt) in der Lösung. In geringerem Ausmass hängt Löslichkeit von ab Ionenstärke von den flüssigen Lösungen. Die letzten zwei Effekte können mit der Gleichung für quantitativ bestimmt werden Löslichkeitgleichgewicht.
Es gibt auch eine Anzahl von weniger allgemeinen Faktoren, die Löslichkeit beeinflussen können. Löslichkeit kann von der Kristall- (oder Tröpfchen) Größe der Stoffphase abhängen (gewöhnlich, erhöht Löslichkeit mit der abnehmenden Kristallgröße für Kristalle viel kleiner als 1 μm). Für in hohem Grade defekte Kristalle kann Löslichkeit mit dem zunehmenden Grad von Störung sich erhöhen. Die letzten zwei Effekte, obgleich vom großen praktischen Wert, sind nicht zutreffende Löslichkeiteffekte, weil zutreffende Löslichkeit am equilbrium auftritt, das einen vollkommenen Monokristall erfordert. Für die Substanzen, die in sich auflösen elektrochemisch Reaktion, Löslichkeit wird erwartet, um vom Potential der Stoffphase abzuhängen.
Temperatur
Die Löslichkeit eines gegebenen aufgelösten Stoffs in einem gegebenen Lösungsmittel hängt gewöhnlich von der Temperatur ab. Für herum 95% von festen aufgelösten Stoffen, erhöht sich die Löslichkeit mit Temperatur,[5] in der Temperaturspanne von ungefähr umgebendem zu 100 °C. Im flüssigen Wasser an den Hochtemperaturen, (z.B., dieses sich nähern kritische Temperatur), neigt die Löslichkeit der Ionenaufgelöster stoffe, wegen der änderung der Eigenschaften und der Struktur des flüssigen Wassers zu verringern (niedriger Dielektrizitätskonstante, kleiner von a polares Lösungsmittel).
Gasförmig aufgelöste Stoffe stellen komplizierteres Verhalten mit Temperatur aus. Während die Temperatur angehoben wird, werden Gase normalerweise weniger löslich im Wasser löslicher, aber in den organischen Lösungsmitteln.[5]
Das Diagramm zeigt Löslichkeitkurven für irgendein typisches anorganisches Salze (alle Körper).[6] Viele Salze benehmen sich Gleiches Bariumnitrat und Binatriumwasserstoffarsensaures salz und zeigen eine große Zunahme der Löslichkeit mit Temperatur. Etwas aufgelöste Stoffe (z.B. NaCl in der Wasser) Ausstellunglöslichkeit, die ziemlich Unabhängiges der Temperatur ist. Einige, wie Sulfat des Cers (III), geworden weniger löslich im Wasser als Temperatur erhöht sich. Dieses gekennzeichnet manchmal als „retrograte“ oder „umgekehrte“ Löslichkeit. Gelegentlich wird ein komplizierteres Muster, wie mit beobachtet Natriumsulfat, wo das weniger lösliche DecaHydrat Kristall verliert Wasser der Kristallisation bei °C 32, um ein löslicheres zu bilden wasserfrei Phase.
Organische Mittel werden Sie fast immer, während die Temperatur angehoben wird, in den meisten Lösungsmitteln löslich. Die Technik von Rekristallisation, verwendet für Reinigung der Körper, von diesem hängt Unterschiede bezüglich der Löslichkeit im heißen und kalten Lösungsmittel ab. Es gibt einige Ausnahmen, wie sicheres Cyclodextrine.[7]
Druck
Für verkürzte Phasen (Körper und Flüssigkeiten), ist die Druckabhängigkeit von Löslichkeit gewöhnlich schwach und normalerweise in der Praxis vernachlässigt. Eine ideale Lösung annehmend, kann die Abhängigkeit wie quantitativ bestimmt werden:
wo NI ist der Molebruch des ith Bestandteils in der Lösung, P ist der Druck, der Index T sich bezieht auf konstante Temperatur, VI, aq ist teilweises molares Volumen vom ith Bestandteil in der Lösung, VI, Cr ist das teilweise molare Volumen des ith Bestandteils im auflösenden Körper, und R ist Universalgaskonstante[8].
Gesetz des Henrys Zustände, daß die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit direkt zu proportional ist teilweiser Druck von diesem Gas über der Flüssigkeit, die wie geschrieben werden kann:
wo k eine Temperatur-abhängige Konstante ist (z.B., 769.2 L•ATM/Mol für dioxygen (O2) im Wasser bei 298 K), ist p der teilweise Druck (ATM), und c ist die Konzentration des aufgelösten Gases in der Flüssigkeit (mol/L).
Polarität
Ein populäres Aphorismus verwendet für das Voraussagen von Löslichkeit „Gleiches löst Gleiches auf"[9] Dieses zeigt an, daß ein aufgelöster Stoff sich gut in einem Lösungsmittel auflöst, das ein ähnliches hat Polarität zu sich. Dieses ist eine ziemlich stark vereinfachte Ansicht, da es viele Lösungsmittelaufgelöster Stoff Interaktionen ignoriert, aber es ist ein nützlicher Richtlinie-vondaumen. Z.B. ein sehr polares (hydrophil) aufgelöster Stoff wie Harnstoff ist im in hohem Grade polaren Wasser, weniger Lösliches in ziemlich polarem in hohem Grade löslich Methanolund praktisch unlöslich in den apolaren Lösungsmitteln wie Benzol. Demgegenüber ein apolares oder lipophil aufgelöster Stoff wie Naphthalin ist im Wasser, ziemlich Lösliches im Methanol und in hohem Grade Lösliches im apolaren Benzol unlöslich.[10]
Flüssige Löslichkeit auch folgen im Allgemeinen dieser Richtlinie. Lipophile Betriebsöle, wie Olivenöl und Palmöl, lösen sich im apolaren Benzin (Treibstoff), aber in den polaren Flüssigkeiten auf, wie Wasser nicht mit Benzin mischt.
Synthetische Chemiker verwenden häufig die unterschiedlichen Löslichkeit der Mittel, um Mittel von den Reaktionsgemischen zu trennen und zu reinigen.
Rate der Auflösung
Auflösung nicht immer ist ein blitzschneller Prozeß. Es ist schnell, wenn Salz und Zucker im Wasser aber viel langsamer für eine Tablette von sich auflöst Aspirin oder ein großer Kristall von hydratisiert Sulfat des Kupfers (II). Die Geschwindigkeit, an der ein Körper sich auflöst, kann von seinen kristallenen Eigenschaften abhängen (kristallen gegen formlos, Kristallgröße) und die Anwesenheit von Polymorphie. Dieses ist in vielen praktischen Systemen, z.B. in entwerfenden Methoden für kontrolliertes wichtig Drogeanlieferung. Kritisch hängt die Auflösungrate vom Vorhandensein der mischenden und anderen Faktoren ab, die den Grad von undersaturation im flüssigen lösenden Film sofort neben dem festen Stoffkristall feststellen. In einigen Fällen kann Löslichkeitgleichgewicht ein langfristiges nehmen, um herzustellen (Stunden, Tage, Monate oder viele Jahre; abhängig von der Natur des aufgelösten Stoffs und anderer Faktoren). In üben Sie, bedeutet es, daß die Menge des aufgelösten Stoffs in einer Lösung nicht immer durch seine thermodynamische Löslichkeit festgestellt wird, aber kann von der Kinetik der Auflösung (oder des Niederschlags) abhängen.
Die Rate der Auflösung und der Löslichkeit sollte nicht konfus sein--sie sind unterschiedliche Konzepte (kinetisch und thermodynamisch, beziehungsweise).
Quantifikation von Löslichkeit
Löslichkeit wird allgemein als Konzentration, jede Massenkonzentration ausgedrückt (g des aufgelösten Stoffs pro Kilogramm des Lösungsmittels, g pro 100 ml (DL) des Lösungsmittels), molarity, molality, Molebruch oder andere ähnliche Beschreibungen der Konzentration. Die maximale Gleichgewichtmenge des aufgelösten Stoffs, die pro Menge des Lösungsmittels sich auflösen kann, ist die Löslichkeit dieses aufgelösten Stoffs dadurch daß Lösungsmittel unter den spezifizierten Bedingungen. Der Vorteil des Ausdrückens von Löslichkeit in dieser Weise ist seine Einfachheit, während der Nachteil ist, daß er vom Vorhandensein anderer Sorte im Lösungsmittel (z.B., der allgemeine Ioneneffekt) stark abhängen kann.
Löslichkeitkonstanten werden verwendet, gesättigte Lösungen der Ionenmittel der verhältnismäßig niedrigen Löslichkeit zu beschreiben (sehen Sie Löslichkeitgleichgewicht). Die Löslichkeitkonstante ist ein spezieller Fall von Gleichgewichtskonstante. Es beschreibt die Balance zwischen aufgelösten Ionen vom Salz und unaufgelöstem Salz. Die Löslichkeitkonstante ist auch „anwendbar“ (d.h. nützlich) zu Niederschlag, die Rückseite der auflösenden Reaktion. Wie mit anderen Gleichgewichtskonstanten, Temperatur kann den numerischen Wert der Löslichkeitkonstante beeinflussen. Die Löslichkeitkonstante ist schwieriger als Löslichkeit. Jedoch ist der Wert dieser Konstante im Allgemeinen Unabhängiges des Vorhandenseins anderer Sorte im Lösungsmittel.
Gesetz des Henrys wird verwendet, die Löslichkeit der Gase in den Flüssigkeiten als Funktion des Gases quantitativ zu bestimmen teilweiser Druck. Es ist ein spezieller Fall von einem Löslichkeitgleichgewicht.
Flory-Huggins Lösung Theorie ist ein theoretisches Modell, welches die Löslichkeit der Polymer-Plastiken beschreibt. Hansen Löslichkeit-Parameter und Hildebrand Löslichkeitparameter sind empirische Methoden für die Vorhersage von Löslichkeit. es ist auch möglich, Löslichkeit von anderen körperlichen Konstanten wie vorauszusagen Enthalpie des Schmelzverfahrens.
Fachkoeffizient (Maschinenbordbuch P) ist ein Maß differentiale Löslichkeit eines Mittels in a hydrophob Lösungsmittel (Oktanol) und a hydrophil Lösungsmittel (Wasser). Der Logarithmus dieser zwei Werte ermöglicht Mitteln, in hydrophilicity (oder hydrophobicity ausgedrückt) geordnet zu werden.
Anwendungen
Löslichkeit ist vom grundlegenden Wert in vielen wissenschaftlichen Disziplinen und in praktischen Anwendungen, offensichtlichsten seiend in der Industriechemie, materielle Wissenschaft, Geologie und Klimawissenschaft.
Löslichkeit wird häufig gesagt, um eine der „charakteristischen Eigenschaften einer Substanz“ zu sein. Dies heißt, daß Löslichkeit allgemein verwendet ist, die Substanz zu beschreiben, um Licht auf der Natur der Substanz zu verschütten, um zu helfen, sie von anderen Substanzen zu unterscheiden, und mit einer Anwendung der Substanz zu führen. Z.B., Indigo wird beschrieben, wie „unlöslich im Wasser, im Spiritus oder im äther aber im Löslichen im Chloroform, im Nitrobenzin oder in starker Schwefelsäure“.
Z.B. ist Löslichkeit einer Substanz nützlich, wenn man Mischungen trennt. Z.B. eine Mischung des Salzes (Natriumchlorid) und Silikon kann indem das Auflösen des Salzes im Wasser und die Entstörung weg vom unaufgelösten Silikon getrennt werden. Die Synthese der Chemikaliemittel, durch das Milligramm in einem Labor oder durch die Tonne in der Industrie, beide gebrauchen die relativen Löslichkeit des gewünschten Produktes, sowie ohne Reaktion Ausgangsmaterialien, Nebenerscheinungen und Seite Produkte, um Trennung zu erzielen.
Ein anderes Beispiel von diesem würde die Synthese von sein Benzoesäure von phenylmagnesium Bromid und Trockeneis. Benzoesäure ist in einem organischen Lösungsmittel wie löslicher Dichloromethan oder Diäthylätherund wenn Sie mit diesem organischen Lösungsmittel in gerüttelt werden separatory Trichter, löst vorzugsweise sich in der organischen Schicht auf. Die anderen Reaktion Produkte, d.h. das Magnesiumbromid bleibt in der wäßrigen Schicht und offenbar zeigt, daß die Trennung, die auf Löslichkeit basiert, erzielt wird. (Auf einer praktischen Anmerkung, sollte die Benzoesäure, die erhalten wird, nachdem man das organische Lösungsmittel verdunstet hat, ideal gereinigt werden, indem man vom Heißwasser. umkristallisiert)
Löslichkeit der Ionenmittel im Wasser
Ionenmittel (Salze) lösen Sie sich im Wasser wegen auf Anziehung zwischen den positiven und negativen Aufladungen. Z.B. die positiven Ionen des Salzes (d.h. AG+) ziehen Sie die teilweis-negativen oxygens in H an2O. Ebenso die negativen Ionen des Salzes (d.h. Cl-) ziehen Sie die teilweis-positiven hydrogens innen in H an2O. Anmerkung: Sauerstoff ist teilweis-negativ, weil er mehr ist electronegative als Wasserstoff, und umgekehrt (sehen Sie:chemische Polarität).
- AgCl(S) ↔ AG+(aq) + Cl-(aq)
Jedoch gibt es eine Begrenzung zu, wieviel Salz in einem gegebenen Volumen Wasser (1 Liter, z.B.) aufgelöst werden kann. Diese Menge wird durch gegeben Löslichkeitprodukt (KSP). Dieser Wert hängt von beider Art Salz ab (AgCl gegen NaI, z.B.) und die Temperatur des Wassers.
Um zu errechnen wieviel AgCl in 1 Liter Wasser auflösen kann, wird etwas Algebra angefordert. Zuerst,
- KSP = [AG+] × [Cl-] (Definition des Löslichkeitproduktes)
- KSP = 1.8 × 10-10
Zunächst verwirklichen Sie das [AG+] = [Cl-] da es immer ein AG gibt+ Ion für jedes Cl- Ion. Diese Tatsache verwenden,
- [AG+]2 = 1.8 × 10-10
- [AG+] = × 1.34 10-5
Das Resultat: 1 Liter Wasser kann × 1.34 auflösen 10-5 Molen von AgCl(S) bei Zimmertemperatur. Verglichen mit anderen Arten Salze, ist AgCl nicht im Wasser sehr löslich. Demgegenüber hat Haushalt Tabelle Salz (NaCl) ein höheres KSP und ist folglich löslicher.
| Löslich | Unlöslich |
|---|---|
| Gruppe I und NH4+ Mittel | Karbonate (ausgenommen Gruppe I, NH4+ und Uranyl Mittel) |
| Nitrate | Sulfite (ausgenommen Gruppe I und NH4+ Mittel) |
| Azetate (ethanoates) | Phosphate (ausgenommen Gruppe I und NH4+ Mittel) |
| Chlorverbindungen, Bromide und Jodide (ausgenommen AG+, Pb2+, Cu+ und Hektogramm22+) | Hydroxide und Oxide (ausgenommen Gruppe I, NH4+, Ba2+, Sr2+ und Zeitlimit+) |
| Sulfate (ausgenommen AG+, Pb2+, Ba2+, Sr2+ und CA2+) | Sulfide (ausgenommen Gruppe I, Gruppe II und NH4+ Mittel) |
Löslichkeit der organischen Mittel
Die Grundregel oben darunter umrissen Polarität, das Gleiches löst Gleiches auf, ist der übliche Führer zur Löslichkeit mit organischen Systemen. Z.B., Erdölgelee löst sich innen auf Benzin; das lipophil sind. Dieses ist, weil Erdölgelee aus langen Carbonketten besteht, wie das Benzin. Es nicht löst einerseits sich im Spiritus oder im Wasser auf, da die Polarität dieser Lösungsmittel zu hoch ist. Zucker löst nicht sich im Benzin auf, da Zucker im Vergleich mit Benzin zu polar ist. Eine Mischung des Benzins und des Zuckers kann folglich vorbei getrennt werden Filtrationoder Extraktion mit Wasser.
Feste Löslichkeit
Diese Bezeichnung ist in auffangene von häufig benutzt Metallurgie sich auf den Umfang beziehen der Legieren Element löst sich in auf unedles Metall ohne eine unterschiedliche Phase zu bilden. Die Löslichkeitlinie (oder die Kurve) ist die Linie (oder Linien) auf a Zustandsdiagramm welche die Begrenzungen auf Stoffhinzufügung festsetzen. Das heißt, zeigen die Linien die maximale Menge eines Bestandteils, der einem anderen Bestandteil hinzugefügt werden und noch innen sein kann feste Lösung. In der Mikroelektronischen Herstellung bezieht sich feste Löslichkeit auf die maximale Konzentration von Verunreinigungen man kann in das Substrat setzen.
Incongruent Auflösung
Viele Substanzen lösen sich congruently auf, d.h. passen der Aufbau des Körpers und der aufgelöste aufgelöste Stoff stöchiometrisch zusammen. Jedoch können einige Substanzen sich auflösen incongruently, hingegen der Aufbau des aufgelösten Stoffs in gelöster Form nicht den des Körpers zusammenbringt. Dieses wird von der änderung vom „hauptsächlichfesten“ und vielleicht von Anordnung eines zweitensfesten aggregatzustandes begleitet. Jedoch im Allgemeinen bleibt irgendein Primärkörper auch und ein kompliziertes Löslichkeitgleichgewicht stellt her. Z.B. Auflösung von Albite kann Anordnung von ergeben gibbsite.[11]
- NaAlSi3O8(S) + H+ + 7H2O = Na+ + Al (OH-)3(S) + 3H4SiO4.
In diesem Fall wird die Löslichkeit von Albite erwartet, um vom Fest-zulösungsmittel Verhältnis abzuhängen. Von diese Art von Löslichkeit ist vom großen Wert in der Geologie, der sie Anordnung ergibt metamorphe Felsen.
Sehen Sie auch
Externe Verbindungen
- ALOGPS wechselwirkende Berechnung der wäßrigen Löslichkeit der Mittel an Virtuelles Berechnungschemie-Labor Verwenden einiger Algorithmen
- QUANTUM Netz gegründete Berechnung der wäßriger und DMSO Löslichkeit des Mittel QUANTUM Netzes gründete Vorhersage der wäßriger und DMSO Löslichkeit der Mittel
- ACD/Solubility DB wäßrige Löslichkeitvorhersage
Hinweise
- ^ Atkins körperliche Chemie, 7. ED. durch Julio De Paula, P.W. Atkins ISBN 0198792859
- ^ Clugston M. und Fleming R. (2000), p.108
- ^ [1]: vom medizinischen on-line-Wörterbuch, Universität von Newcastle nach Tyne.
- ^ Yuen, C. (2003), Element, Mittel und Mischung
- ^ a b John W. Hügel, Ralph H. Petrucci, Allgemeine Chemie, 2. Ausgabe, Lehrling Hall, 1999.
- ^ Daten genommen worden von Handbuch von Chemie und von Physik, 27.ausgabe, chemische Verlags- Gummico., Cleveland, Ohio, 1943.
- ^ Salvatore Filippone, aufrichtiges Heimanna und André Rassat (2002). „Ein in hohem Grade wasserlösliches Bcyclodextrin-fullerene 2+1 verbunden“. Chem. Commun. 2002: 1508 - 1509. doi:.
- ^ E.M.Gutman, „Mechanochemistry der festen Oberflächen“, Welt wissenschaftliche Verlags- Co., 1994.
- ^ Kenneth J. Williamson, Makroskala-und Mikroskala-organische Experimente, p40, 2. Ausgabe, D. C, Heide, Lexington, Masse., 1994.
- ^ Daten genommen von Merck Index, 7. Ausgabe, Merck u. Co., 1960.
- ^ O.M.Saether u. P. de Caritat (E-D.) „geochemische Prozesse, Verwitterung und Grundwassernachladen in den catchments“, in Taylor u. in Francis, Rotterdam, 1997, Seite 6.
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