2.2.2 物质在有机溶剂中的溶解特性

在有机溶剂中的物质溶解过程和在水溶液中物质的溶解过程是相同的。处于液态或固态的溶质分子分散为单个分子。为了使这些单个分子进入有机溶剂,必须克服溶剂-溶剂间的相互作用。与水相比,有机溶剂中的分子间力通常要小得多,破坏溶剂-溶剂间的相互作用的过程焓变要小一些。当溶剂分子的极性增大时,过程焓变也会增大。当溶剂间有氢键作用(如醇类)时,过程焓变就会更大。溶质与溶剂相互作用的大小和它们的性质密切相关。若溶质和溶剂都是非极性物质,则其相互作用最小,分子的极性增大,其相互作用增大,若能形成氢键或实现化学缔合,其相互作用更强。

徐光宪等[3]指出,有机物或有机溶剂可以按照是否存在受电子的A—H键或给电子原子B而分为四种类型。

①N型溶剂,或称惰性溶剂,既不存在受电子的A—H键,也不存在给电子原子B,不能形成氢键,如烷烃类、苯、四氯化碳、二硫化碳、煤油等。

②A型溶剂,即受电子型溶剂,含有A—H键,如氯仿、二氯甲烷、五氯乙烷等,能与B型溶剂生成氢键。值得提及的是,一般的C—H键,如CH4中的C—H键,不能形成氢键。但CH4中的H被Cl取代后,由于Cl原子的诱导作用,使碳原子的电负性增强,能够形成氢键。

③B型溶剂,即给电子型溶剂,如醚、酮、醛、酯、叔胺等,含有给电子原子B,能与A型溶剂生成氢键。

④AB型溶剂,即给、受电子型溶剂,分子中同时具有受电子的A—H键和给电子原子B。AB型溶剂又可细分为三种,其中,AB(1)型溶剂为交链氢键缔合溶剂,如水、多元醇、氨基取代醇、羟基羧酸、多元羧酸、多元酚等;AB(2)型溶剂为直链氢键缔合溶剂,如醇、胺、羧酸等;AB(3)型溶剂为可生成内氢键的分子,如邻硝基苯酚等,这类溶剂中的A-H键因已形成内氢键而不再起作用,因此,AB(3)型溶剂的性质与N型溶剂或B型溶剂的性质比较相似。

物质在有机溶剂中的溶解或各类溶剂的互溶性规律可以简要表述为:两种液体混合后形成的氢键数目或强度大于混合前氢键的数目或强度,则有利于物质在有机溶剂中的溶解或两种液体的互溶;反之,则不利于物质在有机溶剂中的溶解或两种液体的互溶。具体地说,①AB型与N型,如水与苯、四氯化碳、煤油等几乎完全不互溶;②AB型与A型、AB型与B型、AB型与AB型,在混合前后都存在氢键,溶解或互溶的程度以混合前后氢键的强弱而定;③A型与B型,在混合后形成氢键,有利于溶解或互溶,如氯仿与丙酮可完全互溶;④A型与A型、B型与B型、N型与A型、N型与B型,在混合前后都没有氢键形成,液体溶解或互溶的程度取决于混合前后范德华力的强弱,与分子的偶极距和极化率有关,一般可利用“相似相溶”原理来判断溶解度的大小;⑤AB(3)型可生成内氢键,其行为特征与一般AB型不同,与N型或B型的行为特征相似。

值得提及的是,离子在其他极性溶剂(如乙醇)中也可能发生类似水合的过程,溶剂分子给体原子的电子对与离子形成配位键,这一过程称为离子的溶剂化。

分析物质在有机溶剂中的溶解特性,同样需要考虑溶剂-溶剂、溶质-溶质、溶质-溶剂之间的相互作用,需要考虑溶质分子体积大小的影响。