[Chemistry]溶解度的影響因素

溶解是二種以上物質均勻混合的總稱，根據碰撞理論，兩個粒子互相接觸後就有機會發生反應，這說明:溶解是數種化學作用所建構成的一種特殊現象。有關於溶解的理論、命題應該是僅次於有機反應最大量的。涵蓋熱化學、化學動力學的應用，就算只就高中部份，也常常必須利用其他領域作為背景(所以難是正常的)。

以下是討論溶解現象所要先知道的名詞

1.溶解度

是指在特定環境下，每定量溶劑中所含最大溶質量。單位常為溶質(g)/溶劑(g)，單位意義為濃度

2.飽和溶液

達到溶解度的溶液稱飽和溶液，與溶解度互為充要條件

3.未飽和溶液與過飽和溶液

濃度低於飽和溶液的為未飽和溶液，濃度高於飽和溶液的為過飽和溶液


以上三項定義就像幾何學的公設，關於溶解現象的討論需要建立在關於濃度的分類上

影響溶解度的條件

1.物理條件:溫度、壓力(氣體而言)，為所謂環境的部份

2.化學條件:溶劑、其他溶質的種類和濃度，某些特定離子的濃度可視為環境的一部分，

如:氫離子濃度高是為酸性環境

水溶液中的平衡

就水溶液而言，其化學方程式可寫成如下形式

C_(s)+H₂O+△H→C_(aq)

藉由方程式，我們就能將溶解度變化轉成反應趨勢，也就是勒沙特烈原理的運用

影響溶解度的所有條件都能分配至方程式的兩邊，方程式兩邊的項也能代表特定的條件

兩者是互為充要條件的。利用方程式可以預測環境變化對溶解度的影響。

溶解度的大小

溶質在溶劑中的溶解度大小可以分成下到二項來討論

1.分子化合物：由極性決定，測量單位為偶極距（μ）

2.離子化合物：由離子電荷密度、堆積方式決定。

此文以討論離子化合物的溶解現象為主，也就是所謂的沉澱表

了解離子化合物的形成對記憶是有幫助的

(1)電荷密度

影響離子化合物溶解度最主要的因素，在物理學上，單一電荷可視為質點，應用庫倫靜電力公式求岀靜電力的大小，但在化學中，同樣價數的離子，其化合物卻有「皆可溶」及「大部分不溶」的差異，主要就是取決於離子的電荷密度，當其中一種離子電荷密度小到一定程度時，則形成的化合物大部分可溶，如銨根、1A族，硝酸根等，並其鹽類通常吸熱，其他如碳酸根、氫氧化物則因電荷密度較高，所以多半不溶。

(2)離子相對大小

離子的相對大小會影響到堆積的容易度，當兩個離子大小相差愈大時，會因配位數的減少而造成在表面的離子容易被拉出，試想當你同時被三個人拉住和被六個人拉住，被三個人拉住一定比較好掙脫吧(我是都沒辦法(弱))，巨觀效應就是容易溶解。例如2A族的氫氧化物及硫酸鹽就是很好的例子。在氫氧化物中，從氫氧化鎂(不溶)依次增大至氫氧化鋇(可溶)，但在硫酸鹽則從硫酸鎂(俗名瀉鹽，可溶)依次減少。根據資料，硫酸根的實驗半徑足足為氫氧根的兩倍，可說明較大的兩離子組合及較小的組合溶解度皆低的情況。

(3)特殊離子的化合物

兩性金屬

「金屬氧化物溶於水形成鹼，非金屬則形成酸」是化學反應的大原則，判斷某些不溶的氧化物，我們會以酸鹼中和的技巧來判定，如氧化鐵不溶於水和鹼卻可溶於酸，我們就稱鐵為鹼性元素，但有些特別的元素，在強酸和極強鹼皆可溶，被稱為兩性元素；由於所有兩性元素皆為金屬，又稱為兩性金屬。在強鹼中形成帶負電的多羥（氫氧基）離子，多集中於3A，4A族

所有兩性金屬皆有以下特性

1.高電荷密度（小半徑多電荷）

2.俱穩定電子組態的多羥離子（鈍氣組態）

請對照週期表

錯合離子

有些金屬離子對於負電性元素（N、O、Cl）有強烈吸引力，會與氨、水、氯離子產生配位共價鍵，形成錯合物或錯離子，之所以被討論是因附著在金屬離子上的小分子(稱作配基)與水容易形成氫鍵而大幅提高溶解度，尤其氨能使多種金屬離子溶解在強鹼性環境中以提高某些鹼性環境反應的效率(如銀鏡反應)

能形成錯離子的金屬多有以下特性

1.具有位於價殼層的d軌域(過渡金屬)

2.俱穩定電子組態的錯離子（鈍氣組態or半滿）

因為時間倉卒，未能列岀參考來源與實例。

特附以下網址提供查詢

溶解性全表(維基百科)：

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%BA%B6%E8%A7%A3%E6%80%A7%E6%80%BB%E8%A1%A8

[Chemistry]段考---溶液

針對當量濃度做一些說明
當量濃度其實是度量氫離子粗濃度或電子釋放量的濃度單位
因為無法直接度量，所以採物質莫爾數乘以一分子解離氫離子(氫氧根離子)數或電子數
此為當量數的定義，當量數除以體積即為當量濃度

其他濃度單位看講義就可以了

[Chemistry]段考---氣體

三相圖與飽和蒸汽壓

標準三相圖如下所示(以此圖為例)phase:相
solid phase:固態
liquid phase:液態
vapour:蒸氣或氣態(gaseous phase)
gaseous phase:氣態或過熱蒸汽(superheated vapour)
supercritical fluid:超臨界流體(詳細資料我也不懂)
compressible liquid:可壓縮液體(資料少的可憐)
critical point:臨界點 triple point:三相點

線和點的意義表示相共存，由沸騰的定義得知沸騰時，蒸氣壓力=外壓，依此定義飽和蒸氣壓

所以"１atm時，水在100℃時沸騰"相當於"100℃時，水的飽和蒸汽壓為１atm"

飽和蒸汽壓有以下特性：

1.飽和蒸汽壓只與溫度相關，且T上升，則P上升

2.只要容器內存在液體，液面上蒸氣壓值必為該溫度飽和蒸汽壓

3.若蒸氣壓力超出該溫度飽和蒸汽壓，則多餘液體皆冷凝

由於飽和蒸汽壓具有恆定不變的特性，常會用在氣壓計讀取或排水集氣法修正等計算繁雜的題目，在花了這麼多時間寫考卷後，別忘記檢查蒸氣壓。

理想氣體方程式及其應用

理想氣體方程式分別由以下定律構成

1.PV=nRT=k→(波以耳定律)

2.V/T=nR/P=k→(查理定律)

3.V/n=RT/P=k→(亞佛加厥定律)

4.PM=DRT→(逸散、擴散常用)

5.其他

這類型會出的題目少數為單一系統中以三項已知量求一未知量的題型

如：在STP下，12克金屬M與足量鹽酸作用可產生11.2升的氫氣，問此金屬可能為?

解：在STP下，1mol氣體占22.4升的體積，推得氫氣莫爾數11.2/22.4=0.5(mol)

即一克當量M重12/(0.5*2)=12克(有關當量的概念請見"溶液")，再一一檢驗選項。

此題型因列式方便常會配合其他概念，

如:在STP下，定量Na投入36.5%鹽酸溶液1升(比重1.2)中產生56升氫氣，問加入後溶液組成為何?(濃度換算，限量試劑)

而為了簡短題目常會用STP(標準狀態，1atm、0℃)與NTP(普通狀態，1atm、25℃)，含有273*0.082=22.4及298*0.082=24.5等方便的式子，為了簡短計算就背下來吧。

而更常出現的題型為雙系統比例型，此題型的解法為著重在兩組物理量的比較，以求比例為主，由於比例式中可消去氣體常數，且至少有一至二項相同，利用P1V1/n1T1=P2V2/n2T2再消去相同項為主。

例一：兩個相連等體積燒瓶在27℃下置入0.70mol的氫氣，壓力0.5atm。今將一燒瓶置入127℃沸油中，另一維持原溫，則最後壓力為何?

解:反應前後總莫爾數，總體積相等，得反應前後

P/T=P'(１/T1+１/T2)*1/2(∵P'/T1=R*n1/(V/２)，P'/T1=R*n1/(V/２)→

P'(１/T1+１/T2)*1/2=R(n1+n2)/V=R*n/V)，代入數據得P'=0.57atm

省略氣體常數R可節省許多計算時間，能省則省!

理想氣體常數(R)的單位

R應該是氣體反應中最重要(麻煩)的常數，也因為數字本身非常複雜，造成計算上的困擾，不過出題時通常會刻意配合單位設計數字，找到相對應的單位可節省許多計算。

R=0.082atm*L/mol*K=8.314J/mol*K=62.3mmHg*L/mol*K

R值的變化大都與壓力單位相關，特此補述：

1atm=76cmHg=760mmHg=760torr=1033.6cm水柱=1013hPa

道爾頓分壓定律

從一個簡單的問題開始："混合氣體１atm，２L，問各氣體的體積與壓力"

答案是1.各氣體有相同的壓力。還是2.各氣體有相同的體積呢?

若從1.的角度思考，則各氣體有不同的體積，但這是不合理的，因為氣體傾向擴散。

所以應該是2.，也就是各氣體接佔有２L體積，這時因為分子數不同而造成各氣體壓力不同

，因為n=n1=n2=n3......，共乘RT/V後即得P=P1=P2=P3......，這就是道爾吞分壓定律。因為會應用到此定律的題目一定在同一容器中，所以計算異常簡單。有以下計算式

1.P=X1P1=X2P2=.......

2.P=V1%P1=V2%P2=......，其中V%為同壓下個別氣體體積與總體積比

逸散與擴散

特別針對逸散時間做個說明，r(速率)正比於f(碰撞頻率)正比於nv/6V

f的因次為n/t，所以t=n/f正比於6V/v即是體積比除與距離比(剩下講義應該寫的比我還清楚)

p.s另附解題順序

1.道爾吞分壓定律(計算混合氣體的題目時先將分壓分別求出可簡化題目)

2.理想氣體方程式or三相圖(依熟晰度而定)

3濃度or逸散&擴散(依熟晰度而定)

因為時間不夠而無法做的詳盡，特此提供以下網址做參考(高一、高三)，溶液從高一某章應該找的到

http://www.ccweb.com.tw/index.htm

[Chemistry]清華盃熱身專欄---游離能

游離能(第一游離能)是指M_(g)→M⁺_(g)+e^- 的△H

用能階的概念來說就是指「將基態原子之電子移至n=∞所需之能量」

因為電子與原子核間是以庫倫靜電力互相吸引，所以一切游離能的傾向皆能用靜電力公式來解釋——與電荷量呈正相關，與距離成反相關。

影響游離能的因素

1.有效核電荷(原子序)

一般來說，核電荷越大，任一電子所受到的靜電力皆會增大，造成游離能整體的提升

e.x.：等電子粒子如Na⁺>Ne>F^-

例外：Ar>K

那是因為K最外層的電子受到內層的遮蔽效應所致，所謂遮蔽效應是指外層電子因為距核較遠且受到相對內層電子向外的斥力，導致核對其的作用力遠小於內層電子與核之間的作用力，在同一層的電子之間則因為交互作用力為水平方向，所以不影響游離能(物理&數學：向量的垂直獨立性)

綜合遮蔽效應及核電荷可以得出原子的一個重要性質——有效核電荷

計算式為(原子序)－(內層電子數)=(有效核電荷) 或簡寫為Z*

e.x.:C(Z=6) Z*=6－2=4；Na(Z=11) Z*=11－10=1

根據定義可得

(1)同族原素有效核電荷接相等有效核電荷

(2)同週期元素有效核電荷由左向右依序遞增

有效核電荷越大，表示原子核對電子的吸引力越大，所以游離能也會越大

在後面發的文會利用有效核電荷說明同族元素的化學相似性(後話)

2.距核遠近

稍微懂點物理的人應該會覺得理所當然：電荷距離越遠，交互作用力當然會變小

不過這個超重要的概念在化學會以另一個形式表達——原子在週期表上的週期。

沒錯原子的週期數可以作為距核遠近的代表值

e.x.：Na(第三週期)>K(第四週期)>Cs(第六週期)

綜合以上兩點得出整個週期表的大趨勢：

由左至右，游離能上升；由上至下，游離能下降

p.s至於A族元素的例外(2A>3A,5A>6A)留待構築原理發表後再討論吧！