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12.1:

溶液の形成

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Chemistry
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Solution Formation

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A solution is a homogenous mixture of two components. The major component is called the solvent, while the minor component is called the solute. Depending on the physical state of the solvent, a solution can be a solid, such as an alloy like brass, gaseous, such as air, and liquid, such as a saline solution. Liquid solutions can also have gases, or other liquids, mixed in a liquid solvent. If the solvent is water, the solution is called aqueous.  A solute dissolved in a solvent other than water, such as iodine in carbon tetrachloride, makes a non-aqueous solution. One solvent cannot dissolve all solutes. Salt will dissolve in water, but oil will separate. Thus, salt is said to be soluble, while oil is insoluble in water. Solubility is the maximum amount of solute that will dissolve in a given amount of solvent at a certain temperature. Solubility depends both on the intermolecular forces between the solute and solvent molecules and on the tendency to mix, which is driven by an increase in entropy of the system. Entropy is a thermodynamic measurement of energy dispersal or disorder. A process occurs spontaneously when there is an increase in total entropy. Consider two gases separated by a barrier. If the barrier is removed, the two gases mix spontaneously into a single, homogeneous solution. At low pressure and moderate temperature, there are no significant intermolecular forces between their constituent molecules. So, the gases behave as ideal gases.  Here, forming a solution does not lower the potential energy of the atoms, but their kinetic energy can now be distributed over a larger volume.  This dispersal of energy increases the entropy of each of the gases making solution formation a spontaneous process.

12.1:

溶液の形成

すべての種類の溶質を溶かすことができる溶媒は存在しません。ある溶媒に容易に溶ける物質でも、別の溶媒には溶けないことがあります。どの物質がどの溶媒に溶けるかを簡単に予測する方法は、"同類は同類を溶かす"と表現されます。これは、塩や砂糖のような極性物質は、水のような極性物質に溶けることを意味します。一方、非極性物質は、四塩化炭素のような非極性溶媒に溶けやすくなります。

このような選択的溶解性は、溶液中の溶質と溶媒の分子内の分子間力と、溶質と溶媒の分子間の分子間力によって説明することができます。溶質分子と溶媒分子の間の分子間力が強ければ強いほど、溶媒への溶質の溶解度は高くなります。通常、極性のある溶質を結びつけるイオン相互作用や水素結合は、極性のある溶質分子と極性のある溶媒分子の間の双極子-双極子引力のような、他の強い力によってのみ克服されます。

非極性溶質間の分散力は、主に非極性溶質分子と非極性溶媒分子間の分散力によって克服され、極性相互作用を破壊するほど強くありません。ヨウ素や二酸化炭素のような非極性物質は水に溶解することができますが、その溶解度には限界があります。

溶液は均質でなければなりません。つまり、外観が均一で、溶媒全体で溶質の濃度が同じでなければなりません。同じタンクに砂糖シロップと純水が入っていて、障壁で隔てられているとします。障壁を取り除くと、液体は自然に混ざり合い、均一な溶液となります。この現象を「濃度平衡」といいます。