Solubilité
La solubilité est une propriété physique se rapportant à la capacité pour une substance donnée, le corps dissous , de se dissoudre dans un dissolvant . Elle est mesurée en termes de quantité maximum de corps dissous dissous par dans un dissolvant à l'équilibre . La solution en résultant s'appelle une solution saturée . Certains liquides sont solubles dans toutes les proportions avec du dissolvant donné, tel que l'éthanol dans l'eau . Cette propriété est connue comme miscibilité . En outre, la solubilité d'équilibre de peut être dépassée dans de diverses conditions pour donner à un soi-disant la solution sursaturée de , qui est le métastable.
Dans une solution, le dissolvant est souvent un liquide, qui peut être une substance pure ou un mélange . Les espèces qui dissout le corps dissous peuvent être un gaz, un liquide différent, ou un solide. Les solubilités s'étendent largement, infiniment de soluble tel que l'éthanol dans l'eau , médiocrement à soluble, tel que le chlorure d'argent dans l'eau. Le insoluble de limite est souvent appliqué aux composés médiocrement solubles, bien qu'à proprement parler il y ait très peu de cas où il n'y a absolument aucun matériel dissous.
Vue moléculaire
La solubilité se produit sous l'équilibre dynamique. Ceci signifie que la solubilité devrait être regardée en raison de deux simultanés et de processus de opposition : dissolution et précipitation. L'équilibre de solubilité se produit quand les deux processus procèdent au même taux.L'équilibre de solubilité est relativement franc pour les substances covalentes du telles que l'éthanol. Quand l'éthanol se dissout dans l'eau, les molécules d'éthanol restent intact mais forment les nouvelles liaisons hydrogène avec de l'eau. Cependant, quand un composé ionique du tel que le chlorure de sodium (NaCl) se dissout dans l'eau, le du trellis de chlorure de sodium dissocie dans les ions séparés qui sont le solvatisé (enveloppé) avec un enduit de molécules d'eau. Néanmoins, on dit que le NaCl se dissout dans l'eau, parce que l'évaporation du dissolvant renvoie le NaCl cristallin.
Parfois le " de limite ; dissolving" ; est appliqué à une réaction chimique irréversible, comme à du fer en acide nitrique , mais en ce cas le concept thermo-dynamique de la solubilité ne s'applique pas.
Quand il se dissout, un corps dissous peut former plusieurs espèces dans la solution. Par exemple, l'eau au-dessus des cristaux de l'hydroxyde ferreux, Fe (OH) 2, à l'équilibre, contiendra Fe2+, Fe (OH) +, Fe (OH) 2, Fe (OH) 3- et probablement d'autres complexes. Par conséquent, la solubilité de l'hydroxyde ferreux dépend de la solubilité de pH généralement dans la phase dissolvante peut être donnée seulement pour un corps dissous spécifique qui est thermodynamiquement écurie, et la valeur de la solubilité inclura toutes les espèces dans la solution (dans l'exemple ci-dessus, tous complexes fer-contenants).
Facteurs affectant la solubilité
La solubilité est définie pendant les phases spécifiques . Par exemple, on s'attend à ce que la solubilité du Aragonite et la calcite dans l'eau soient différentes, quoique toutes les deux soient la même substance chimique (carbonate de calcium ).La solubilité d'une substance se dissolvant dans des autres est déterminée par l'équilibre des forces intermoléculaires entre le dissolvant et le corps dissous et le changement de l'entropie qui accompagne la solvatisation. Les facteurs tels que la température et la pression changeront cet équilibre, de ce fait changeant la solubilité.
La solubilité peut également fortement dépendre de la présence d'autres espèces dissoutes dans le dissolvant, par exemple, les anions de complexe-formation du (Ligands dans les liquides. La solubilité dépendra également de l'excès (ou de l'insuffisance) d'un ion commun (effet de Commun-ion de ) dans la solution. À un moindre degré, la solubilité dépendra de la concentration ionique des solutions liquides. Les deux derniers effets peuvent être mesurés using l'équation pour l'équilibre de solubilité de .
Il y a également un certain nombre de facteurs moins communs qui peuvent affecter la solubilité. La solubilité peut dépendre de la taille en cristal (ou gouttelette) de la phase de corps dissous (typiquement, la solubilité augmentera avec la taille en cristal décroissante pour des cristaux beaucoup plus petit que 1 μm). Pour les cristaux fortement défectueux, la solubilité peut augmenter avec le degré de désordre croissant. Les deux derniers effets, bien que de grande importance pratique, ne sont pas de véritables effets de solubilité parce que la solubilité vraie se produit à l'equilbrium, qui exige un monocristal parfait. Pour des substances se dissolvant dans une réaction électrochimique du , on s'attend à ce que la solubilité dépende du potentiel de la phase de corps dissous.
La température
La solubilité d'un corps dissous donné dans un dissolvant donné dépend typiquement de la température. Pour environ 95% de corps dissous pleins, la solubilité grimpe avec la température, dans la température ambiante environ d'ambiant jusqu'à 100 °C. Dans l'eau liquide à températures élevées, (par exemple, qui approchant la température critique ), la solubilité des corps dissous ioniques tend à diminuer en raison du changement des propriétés et de la structure de l'eau liquide (constante diélectrique , moins de inférieur de dissolvant polaire ).Les corps dissous gazeux du montrent un comportement plus complexe avec la température. Pendant que la température est augmentée les gaz deviennent habituellement moins solubles dans l'eau, mais plus solubles dans les dissolvants organiques. Beaucoup de sels se comportent comme le nitrate de baryum de et l'arséniate disodique d'hydrogène, et montrent une grande augmentation de la solubilité avec la température. Quelques corps dissous (par exemple NaCl dans l'eau) montrent la solubilité qui est assez indépendant de la température. Uns, tel que le cérium de (III) sulfate , devenu moins soluble dans l'eau comme augmentations de la température. Ceci désigné parfois sous le nom du " ; retrograte" ; ou " ; inverse" ; solubilité. De temps en temps, on observe un modèle plus complexe, comme avec du sulfate de sodium , où le cristal moins soluble de l'hydrate de deca perd l'eau de la cristallisation au °C 32 pour former une phase anhydre du plus soluble .
Les composés organiques deviennent presque toujours solubles pendant que la température est augmentée, dans la plupart des dissolvants. La technique de la recristallisation , utilisée pour la purification des solides, dépend du ce des différences dans la solubilité dans le dissolvant chaud et froid. Il y a quelques exceptions, telles que certaines cyclodextrines
Pression
Pendant des phases condensées (des solides et des liquides), la dépendance de pression de la solubilité est en général faible et habituellement négligée dans la pratique. Assumant une solution idéale, la dépendance peut être mesurée comme :là où Ni est la fraction de taupe du composant d'ith dans la solution, P est la pression, l'index T se rapporte à la température constante, Vi, aq est le volume molaire partiel du composant d'ith dans la solution, Vi de , cr est le volume molaire partiel du composant d'ith dans le solide de dissolution, et R est la constante de gaz universelle .
La loi de Henry déclare que la solubilité d'un gaz dans un liquide est directement proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide, qui peut être écrit comme :
là où k est une constante température-dépendante (par exemple, 769.2 L•l'atmosphère/mole pour le Dioxygen (O2) dans l'eau à 298 K), p est la pression partielle (atmosphère), et c est la concentration du gaz dissous dans le liquide (mole/l).
Polarité
Un aphorisme populaire utilisé pour prévoir la solubilité est " ; Le comme se dissout comme le " de ; Ceci indique qu'un corps dissous se dissoudra mieux dans un dissolvant qui a une polarité semblable à lui-même. C'est une vue plutôt simpliste, puisqu'il ignore beaucoup d'interactions de dissolvant-corps dissous, mais c'est un principe de base utile. Par exemple, ( hydrophile) un corps dissous très polaire tel que l'urée est fortement soluble dans l'eau fortement polaire, moins soluble en méthanol assez polaire , et pratiquement insoluble dans les dissolvants non polaires tels que le benzène . En revanche, un corps dissous liphophile non polaire ou du tel que le naphtalène est insoluble dans l'eau, assez soluble en méthanol, et fortement soluble en benzène non polaire.Les solubilités liquides suivent également généralement cette règle. Les huiles végétales liphophiles, telles que l'huile d'olive et l'huile de palmier, se dissolvent dans l'essence non polaire (essence), mais les liquides polaires comme l'eau ne se mélangera pas à l'essence.
Les chimistes synthétiques emploient souvent les différentes solubilités des composés pour séparer et épurer des composés des mélanges de la réaction.
Taux de dissolution
La dissolution n'est pas toujours un processus instantané. Elle est rapide quand le sel et le sucre se dissolvent dans l'eau mais beaucoup plus lent pour un comprimé de Aspirin ou un grand cristal de cuivre hydraté de (II) sulfate . La vitesse à laquelle un solide se dissout peut dépendre de ses propriétés cristallines (cristallines contre amorphe, taille en cristal) et de la présence du polymorphisme . C'est important dans beaucoup de systèmes pratiques, par exemple dans des méthodes de conception pour la livraison commandée de drogue de . En critique, le taux de dissolution dépend de la présence de facteurs de mélange et autres qui déterminent le degré d'undersaturation dans le film dissolvant liquide immédiatement à côté du cristal plein de corps dissous. Dans certains cas, l'equlibria de solublity peut prendre un bon moment d'établir (des heures, des jours, des mois, ou beaucoup d'années ; selon la nature du corps dissous et d'autres facteurs). Dans pratiquer, il signifie que la quantité de corps dissous dans une solution n'est pas toujours déterminée par sa solubilité thermo-dynamique, mais peut dépendre de la cinétique de la dissolution (ou de la précipitation).Le taux de dissolution et de solubilité ne devrait pas être confus--elles sont différents concepts (cinétique et thermo-dynamique, respectivement).
Quantification de la solubilité
La solubilité est généralement exprimée en tant qu'une concentration, l'une ou l'autre concentration de masse (g de corps dissous par kilogramme de dissolvant, ou g par 100 ml (DL) de dissolvant) ou Molarity , Molality , ou fraction de taupe ou semblable. La quantité maximum d'équilibre de corps dissous qui peut se dissoudre par quantité de dissolvant est la solubilité de ce corps dissous dans ce dissolvant dans les conditions spécifiques. L'avantage d'exprimer la solubilité est de cette manière sa simplicité, alors que l'inconvénient est qu'il peut fortement dépendre de la présence d'autres espèces dans le dissolvant (par exemple, l'effet d'ion commun).Les constantes de solubilité de sont employées pour décrire les solutions saturées des composés ioniques de la solubilité relativement basse (voir l'équilibre de solubilité de ). La constante de solubilité est un cas spécial d'une constante d'équilibre . Elle décrit l'équilibre entre les ions dissous du sel et le sel non dissous. La constante de solubilité est également " ; applicable" ; (c. utile) à la précipitation , l'inverse de la réaction de dissolution. Comme avec d'autres constantes d'équilibre, la température peut affecter la valeur numérique de la constante de solubilité. La constante de solubilité est plus compliquée que la solubilité. Cependant, la valeur de cette constante est généralement indépendant de la présence d'autres espèces dans le dissolvant.
La loi de Henry est employée pour mesurer la solubilité des gaz dans les liquides en fonction de la pression partielle du du gaz. C'est un cas spécial d'un équilibre de solubilité.
La théorie de solution de Flory-Huggins de est un modèle théorique décrivant la solubilité des polymères. Les paramètres de solubilité de Hansen de et les paramètres de solubilité de Hildebrand de sont des méthodes empiriques pour la prévision de la solubilité. il est également possible de prévoir la solubilité d'autres constantes physiques telles que l'enthalpie de de la fusion .
Le coefficient (notation P de cloison de de ) est une mesure de solubilité différentielle d'un composé dans un dissolvant hydrophobe du (octanol ) et un dissolvant hydrophile du (l'eau ). Le logarithme de ces deux valeurs permet à des composés d'être rangés en termes de hydrophilicity (ou hydrophobicity).
Applications
La solubilité est d'importance fondamentale dans un grand nombre de disciplines scientifiques et d'applications pratiques, les plus évidentes qui sont en génie chimique, science des matériaux et géologie.Par exemple, la solubilité d'une substance est utile en séparant des mélanges. Par exemple, un mélange de sel (chlorure de sodium ) et de silice peut être séparé en dissolvant le sel dans l'eau, et en séparant par filtration la silice non dissoute. La synthèse des composés chimiques, par le milligramme dans un laboratoire, ou par la tonne dans l'industrie, toutes les deux se servent des solubilités relatives du produit désiré, aussi bien que les produits de départ non réagis, les sous-produits, et les produits latéraux pour réaliser la séparation.
Un autre exemple de ceci serait la synthèse de l'acide benzoïque du bromure de Phenylmagnesium de et de la glace sèche . L'acide benzoïque est plus soluble dans un dissolvant organique tel que le dichlorométhane ou l'éther diéthylique , et une fois secoué avec du ce dissolvant organique dans un entonnoir de Separatory de , se dissoudra préférentiellement dans la couche organique. Les autres produits de réaction, c. le bromure de magnésium resteront dans la couche aqueuse, prouvant clairement que la séparation basée sur la solubilité est réalisée. (Sur une note pratique, l'acide benzoïque obtenu après l'évaporation du dissolvant organique devrait idéalement être purifié par la recristallisation de l'eau chaude.)
Solubilité des composés ioniques dans l'eau
La solubilité d'un sel qui s'ionise dans l'eau est déterminée par le produit de solubilité (Ksp) qui est une constante à une température donnée. Le chlorure d'argent est un sel relativement insoluble dans l'eau. Il s'ionise :↔ d'Ag+ + de Cl- AgCl (s)
Le produit de solubilité d'AgCl, 1.8E-10 est également la constante d'équilibre de cette réaction qui est calculée en multipliant les concentrations des ions d'argent et de chlorure dans une solution saturée, c. Ainsi la concentration maximum d'une solution pure du chlorure d'argent possible est la racine carrée (1. Cependant, si là des ions de chlorure étaient ajoutés, peut-être comme solution de chlorure de sodium, l'équilibre décalera selon le principe de Le Chatelier's de , et le chlorure d'argent précipitera de la solution.
voient également :
du diagramme de solubilité de class="
| Soluble | Insoluble |
|---|---|
| I et carbonates (excepté le groupe de I , NH4+ et composés d'uranyle ) | le de |
| nitrate les sulfites (excepté le groupe de I et composés NH4+) | de /td le des acétates (ethanoates) | de de |
| phosphate (excepté le groupe de I et composés de NH4+ ) | |
| et hydroxydes des iodures (excepté Ag+ , Pb2+ , Cu+ et Hg22+ ) | de et oxydes (excepté le groupe de I , NH4+ , Ba2+ , Sr2+ et Tl+ ) | de de |
Solubilité des composés organiques
Le principe décrit ci-dessus sous la polarité , ce comme se dissout comme , est le guide habituel de la solubilité avec les systèmes organiques. Par exemple, la gelée de pétrole se dissoudra en essence ; qui sont liphophile. C'est parce que la gelée de VASELINE se compose de longues chaînes de carbone, de même que fait l'essence. Il, d'une part, ne se dissoudra pas dans l'alcool ou l'eau, puisque la polarité de ces dissolvants est trop haute. Le sucre ne se dissoudra pas en essence, puisque le sucre est trop polaire en comparaison de l'essence. Un mélange d'essence et de sucre peut donc être séparé par la filtration , ou l'extraction avec de l'eau.
Solubilité pleine
La limite est employée souvent dans le domaine de la métallurgie pour se rapporter à l'ampleur qu'un élément d'alliage dissoudra dans le métal non précieux sans former une phase séparée. La ligne de solubilité (ou la courbe) est la ligne (ou des lignes) sur un diagramme de phase qui donne les limites de l'addition de corps dissous. C'est-à-dire, les lignes montrent la quantité maximum d'un composant qui peut être ajouté à un autre composant et encore être dans la solution pleine. Dans la fabrication microélectronique, la solubilité pleine se rapporte à la concentration maximum des impuretés une peut placer dans le substrat.
Voir également
Équilibre de solubilité de
Système de classification de Biopharmaceutics
Extraction d'eau chaude de
.
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