溶液中の分子間力

溶液の生成は自発的なプロセスの一例であり、特定の条件下で、外部からのエネルギーなしに発生します。

溶液中の溶質と溶媒の分子間引力の強さが、分離した成分に存在する力と変わらない場合、エネルギーの変化を伴わずに溶液が形成されます。このような溶液を「理想溶液」と呼びます。理想気体の混合物（ヘリウムやアルゴンなど、理想的な挙動に近い気体）は、理想溶液の一例であり、これらの気体を構成する物質には大きな分子間引力がないからです。

構造の似ている液体を混ぜ合わせても理想的な溶液ができることがあります。例えば、アルコールのメタノール（CH₃OH）とエタノール（C₂H₅OH）の混合物や、炭化水素のペンタン（C₅H₁₂）とヘキサン（C₆H₁₄）の混合物は理想溶液を形成します。しかし、これらの液液の構成要素には、気体の混合物とは異なり、分子間引力が働いています。しかし、混合される2つの物質の分子は構造的に非常によく似ているので、似た分子と似ていない分子の間に働く引力は基本的に同じであり、溶解の過程でエネルギーの増減はほとんどません。これらの例は、物質の分散を高めるだけで、溶液の自発的な形成に必要な駆動力が得られることを示しています。しかし、場合によっては、溶質種と溶媒種の間の分子間引力の相対的な大きさが、溶解を妨げることがあります。

イオン性化合物が水に溶ける例を考えてみよう。溶液を形成するには、化合物（溶質）の陽イオンと陰イオンの間の静電力を完全に克服し、これらのイオンと水分子（溶質-溶媒）の間に引力が働く必要があります。溶解した溶質を収容するためには、比較的少数の水分子の間の水素結合も克服しなければなりません。溶質の静電力が溶媒和力よりも著しく大きい場合、溶解プロセスは著しく吸熱し、化合物はそれほど大きく溶解しない可能性があります。一方、溶媒和力が化合物の静電気力よりもはるかに強い場合、溶解は著しく発熱し、その化合物は非常に溶解しやすいと考えられます。

上記の文章は以下から引用しました。Openstax, Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process.