水中离子晶体溶解度规律浅析

在工科《无机化学》教学中,离子晶体在水中的溶解度大小的判断,是教与学中一个重点内容。

极化作用很小的离子晶体在水中的溶解度可以按照以下的规律进行溶解度大小的判断:离子半径较大的阴离子与离子半径较小的阳离子(大-小)、离子半径较大的阳离子与离子半径较小的阴离子(大-小)组合而成的离子晶体有较大的溶解度;离子半径较小的阴离子与离子半径较小的阳离子(小-小)、离子半径较大的阴离子与离子半径较大的阳离子(大-大) 组合而成的离子晶体,溶解度相对较小。利用离子半径的相对大小,可大致判断出同一类型的离子晶体溶解度的相对大小。如表l所示。

可从离子晶体在水中溶解过程的热力学函数,来解释以上规律。离子晶体在水溶液中解离成阳离子和阴离子,最后形成水合离子,若整个过程是△H<0 (焓减)、△S>0(熵增)的过程,那么吉布斯函数△G=△H-T△S<0,整个过程就是自发进行的,表明离子晶体在水中的溶解度大。若整个过程是△H>0 (焓增)、△S<0(熵减)的结果,那么吉布斯函数△G=△H-T△S>0,整个过程就是一个非自发的,表明离子晶体难溶于水,在水中的溶解度小。

离子晶体在水中溶解过程中的热力学函数△H (焓变)、△S(熵变 )的大小均由离子半径的大小和离子电荷的多少来决定。离子晶体在水中溶解过程中,须破坏离子晶格的晶格能,而晶格能的大小正比于Z+Z- / (r++r-);除此之外 ,溶液中阴阳离子的水合能大小正比于Z+2 / r+和Z-2 / r-。晶体类型相同的晶体中 ,通常晶体离子半径与晶格能、离子水合能的大小成反比。一般来说,离子晶体的晶格能越大,对溶解越不利;而水合能越大,放出的热量越多,对溶解越有利。

综上所述,由“大-小”或“小-大”阴、阳离子组成的晶体离子半径对它的影响结果是,离子晶体的晶格能较小而水合能较大,因而由“大-小”或“小-大”阴、阳离子组成的晶体溶解度相对较大。由“大-大”或“小-小”阴、阳离子组成的晶体来说,“大-大”或“小-小”阴、阳离子组成的晶体,其溶解度相对较小。由此可预测同种类型的离子晶体中首尾两头的晶体溶解度的相对大小。但对晶体类型相同的其它晶体的溶解度相对大小,不能进行判断。

无机盐溶解度判据0.75规则的内容是:同一类型的离子晶体溶解度相对大小有如下规律:

r+/ r-≈0.75时,溶解度最小。

r+/ r-< 0.75时 ,溶解度随r+ / r-增大而减小。

r+/ r-> 0.75时 ,溶解度随r+ / r-增小而增大。

这个规则是我国化学工作者, 通过离子半径对离子晶体晶格能、离子水合能、溶解S(熵变)的影响,进行了大量的定量研究后提出的。

从表2所列晶体20℃时的溶解度可看出此规律。

同一碱金属与不同卤素组成的卤化物以及同一卤素与不同碱金属与组成的卤化物,凡属MX型离子晶体,它们的溶解度相对大小均符合类似的规律。上述规律仅适用于离子晶体中离子极化作用很小的离子晶体。

对于许多离子极化作用较强的离子晶体而言, 离子极化作用越强,化学键的离子键的成分越少,共价键的成分越多,它们在水中溶解度越小。离子晶体的离子极化作用的强弱决定于阳离子电荷数、阴离子半径及阳离子的电子构型类型。不考虑离子晶体电子构型类型,离子晶体中阳离子电荷数越高、半径越小,阴离子的电荷数越高,半径越大,离子极化作用越强。例如:

摘要：离子晶体在水中溶解度的规律是无机化合物的一个重要性质,本文从离子晶体的离子极化作用、并以离子晶体在水中溶解过程分析以上规律,以及离子晶体溶解度判据0.75规则对离子晶体溶解度相对大小进行判断。

关键词：离子晶体,溶解度