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溶解プロセス

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9.3 溶解プロセス

学習目標

  1. 溶解プロセスを分子レベルで説明せよ

溶質が溶剤に溶けるために分子レベルで何が起こるか。 答えは溶質によって異なる部分もありますが、すべての溶質に共通する共通点があります。

同類は同類を溶かすという法則を思い出してください。 9.1項「溶液」で見たように、これは物質が溶液を形成するためには類似の分子間力を持たなければならないことを意味します。 可溶性の溶質を溶媒に導入すると、溶質の粒子は溶媒の粒子と相互作用することができます。 固体または液体の溶質の場合、溶質粒子と溶媒粒子の相互作用は非常に強く、個々の溶質粒子は互いに分離し、溶媒分子に囲まれて溶液中に入り込む。 (気体状の溶質の場合は、すでに構成粒子が分離しているが、溶媒粒子に囲まれるという概念はそのまま適用される)。 この過程は、溶媒和（solvation）溶質粒子が溶媒粒子に囲まれる過程と呼ばれ、図9.4「溶媒和」に図示されている。 溶媒が水の場合は、solvationではなく、hydrationSolvation by water molecules.という言葉が使われます。

グルコースのような分子性溶質の場合、溶質粒子は個々の分子です。 しかし、溶質がイオンの場合、個々のイオンは互いに分離し、溶媒粒子に囲まれた状態となる。 つまり、イオン性溶質の場合、溶質が溶けるときに陽イオンと陰イオンが分離する。 この過程を解離といいます。イオン性溶質の陽イオンと陰イオンが溶けるときに分離する過程。 図9.5「イオンの解離」に示すような単純なイオン性溶質の解離を、図9.4「溶媒和」に示す過程と比較してみましょう。

可溶性のイオン性化合物の解離は、これらの化合物の溶液に電気を通すという興味深い性質を与えています。 この性質から、水溶性イオン化合物は電解質と呼ばれます。 多くのイオン性化合物は完全に解離するため、強電解質と呼ばれる溶解すると完全に電離するイオン性化合物… 塩化ナトリウムは強電解質の一例です。 溶解しても一部しか解離しない化合物もあり、そのような溶質の溶液は弱くしか電気を通さないことがあります。 このような溶質は弱電解質と呼ばれる。溶解しても完全に電離しないイオン性化合物。 酢の成分である酢酸（CH3COOH）は弱電解質である。 解離せずに個々の中性分子に溶解する溶質は、溶液に追加の電気伝導性を与えず、非電解質と呼ばれる溶解しても全く電離しない化合物。

注

電解質という用語は、医学の分野では、体内で水溶液に溶けている重要なイオンの意味で使われています。 重要な生理的電解質にはNa+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-などがある。

例題10

次の物質はすべて水にある程度溶ける。 それぞれを電解質または非電解質に分類しなさい。

  1. 塩化カリウム (KCl)
  2. 果糖 (C6H12O6)
  3. イソプロピルアルコール
  4. 水酸化マグネシウム

溶液

それぞれの物質はイオン溶質または非イオン溶質に分類することができる。 イオン性溶質は電解質、非イオン性溶質は非電解質です。

  1. 塩化カリウムはイオン性化合物なので、溶けるとイオンが分離して電解質となります。 (分子化合物なので、非電解質であることが予想されます。
  2. イソプロピルアルコールは、アルコール官能基を持つ有機分子です。 化合物の結合はすべて共有結合なので、イソプロピルアルコールが溶けると、個々の分子に分離しますが、イオンはできません。 3954>
  3. 水酸化マグネシウムはイオン性化合物なので、溶解すると解離する。

注

ある電解質が強いか弱いかを判断するには、本章で提供した以上の情報が必要である。

スキルアップ演習

    次の物質はすべて水にある程度溶けるものである。 それぞれを電解質、非電解質に分類しなさい。

  1. アセトン（CH3COCH3）

  2. 硝酸鉄（III）

  3. 元素臭素（Br2）

  4. ナトリウム（S2）

  8. Sodium 水酸化物（NaOH）

コンセプトレビュー演習

  1. 溶媒和プロセスは、溶媒中の溶質の溶解を記述するかを説明してください。

答え

  1. 溶質の各粒子は溶媒の粒子に囲まれ、溶質を元の相から運び出すのである。

Key Takeaway

  • 溶質が溶解するとき、その個々の粒子は溶剤分子に取り囲まれて互いに分離される。

演習

  1. Na2SO4などのイオン性溶質が極性溶媒に溶けるとどうなるかを説明しなさい。

  2. スクロース（C12H22O11）のような分子性溶質が極性溶媒に溶けるとどうなるかを説明しなさい

  3. それぞれの物質を電解質または非電解質に分類しなさい。 5271>

    1. NH4NO3
    2. CO2
    3. NH2CONH2
    4. HCl

  4. それぞれの物質を電解質または非電解質に分類することができる。 5271>

    1. CH3CH2CH2OH
    2. Ca(CH3CO2)2
    3. I2
    4. KOH

  5. それぞれの溶質を溶かしたとき電流が流れるだろうか。

    1. AgNO3
    2. CHCl3
    3. BaCl2
    4. Li2O

  6. 溶質が異なる溶液は溶けると電気が流れるか？

    1. CH3COCH3
    2. N(CH3)3
    3. CH3CO2C2H5
    4. FeCl2

    7. ＜1958>

    答え

    1. イオン性溶質の各イオンは、溶媒の粒子に取り囲まれています。 結晶からイオンを運び出す。

      1. electrolyte
      2. nonelectrolyte
      3. electrolyte
      1. Yes
      2. No
      3. Yes
      4. Yes

      7. ＜1146> ＜3954