Solubilit??

Solubilit?? est une caract??ristique propri??t?? physique se r??f??rant ?? la possibilit?? pour une substance donn??e, le solut?? , ?? se dissoudre dans un solvant . Elle est mesur??e en fonction de la quantit?? maximale de solut?? dissous dans un solvant ?? l'??quilibre . La solution r??sultante est appel??e satur?? solution . Certains liquides sont solubles en toutes proportions avec un solvant donn??, comme l'??thanol dans l'eau . Cette propri??t?? est connue sous le nom miscibilit??. En outre, le Produit de solubilit?? peut ??tre d??pass??e dans diverses conditions pour donner un soi-disant solution sursatur??e, ce qui est m??tastable.

Dans une solution, le solvant est souvent un liquide, qui peut ??tre une substance pure ou un m??lange. Les esp??ces qui se dissout (solut??) peut ??tre un gaz, un autre liquide ou d'un solide. Solubilit??s varient consid??rablement, allant infiniment soluble tel que l'??thanol dans l'eau , ?? peu soluble, tel que chlorure d'argent dans l'eau. Le terme insoluble est souvent appliqu?? aux compos??s peu solubles, mais ?? proprement parler, il ya tr??s peu de cas o?? il n'y a absolument pas de mati??re dissoute.

Vue mol??culaire

Solubilit?? se produit dans un ??quilibre dynamique. Cela signifie que la solubilit?? devrait ??tre consid??r??e comme un r??sultat de deux processus simultan??s et oppos??s: la dissolution et la pr??cipitation. L'??quilibre de solubilit?? se produit lorsque les deux processus se d??roulent ?? la m??me vitesse.

L'??quilibre de solubilit?? est relativement simple pour substances covalentes tels que l'??thanol. Lorsque l'??thanol se dissout dans l'eau, les mol??cules d'??thanol restent intacts mais forment nouvelle des liaisons hydrog??ne avec l'eau. Toutefois, lorsqu'une compos?? ionique tel que le chlorure de sodium (NaCl) se dissout dans l'eau, le chlorure de sodium treillis se dissocie en ions qui sont s??par??s solvat??e (emball??s) avec un rev??tement de mol??cules d'eau. N??anmoins, NaCl est dit ?? dissoudre dans l'eau, car l'??vaporation des solvants rendements cristalline NaCl.

Parfois, le terme "dissolution" est appliqu?? ?? une irr??versible r??action chimique , comme avec du fer dans de l'acide nitrique , mais dans ce cas la notion de solubilit?? thermodynamique ne se applique pas.

Quand il se dissout, un solut?? peut former plusieurs esp??ces dans la solution. Par exemple, l'eau au-dessus des cristaux de l'hydroxyde ferreux, Fe (OH) _2, sera, ?? l'??quilibre, contenir Fe ^2+, Fe (OH) ^+, Fe (OH) _2, Fe (OH) ₃ ^- et ??ventuellement d'autres complexes. Par cons??quent, la solubilit?? de l'hydroxyde ferreux d??pend du pH. En g??n??ral, la solubilit?? dans la phase de solvant peut ??tre donn??e que pour un solut?? sp??cifique qui est thermodynamiquement stable, et la valeur de la solubilit?? comprend toutes les esp??ces de la solution (dans l'exemple ci-dessus, tous les complexes contenant du fer).

Facteurs affectant la solubilit??

La solubilit?? est d??finie pour sp??cifiques phases . Par exemple, la solubilit?? de aragonite et de calcite dans l'eau devraient ??tre diff??rente, m??me si les deux sont la m??me substance chimique ( carbonate de calcium ).

La solubilit?? d'une substance dissolvant dans un autre est d??termin??e par l'??quilibre de forces intermol??culaires entre le solvant et le solut?? et l'entropie qui accompagne le changement solvatation. Des facteurs tels que la temp??rature et la pression va modifier cet ??quilibre, ce qui modifie la solubilit??.

La solubilit?? peut ??galement d??pendre fortement de la pr??sence d'autres esp??ces dissoutes dans le solvant, par exemple, les anions formant des complexes ( ligands) dans des liquides. Solubilit?? d??pendra ??galement de l'exc??dent (ou l'insuffisance) d'un ion commun ( effet d'ion commun) dans la solution. Dans une moindre mesure, la solubilit?? d??pend de la la force ionique de solutions liquides. Les deux derniers effets peuvent ??tre quantifi??s en utilisant l'??quation pour Produit de solubilit??.

Il ya aussi un certain nombre de facteurs moins susceptibles de modifier la solubilit??. Solubilit?? peut d??pendre de la taille cristalline (ou gouttelettes) de la phase de solut?? (typiquement, la solubilit?? augmente avec la diminution de la taille des cristaux de cristaux beaucoup plus petits que 1 pm). Pour cristaux tr??s d??fectueux, la solubilit?? peut augmenter avec le degr?? croissant de troubles. Les deux derniers effets, bien que d'une grande importance pratique, ne sont pas de v??ritables effets de solubilit?? parce solubilit?? vraie se produit ?? EQuilbrium, qui n??cessite un monocristal parfait. Pour les substances ?? dissoudre dans un r??action ??lectrochimique, la solubilit?? devrait d??pendre du potentiel de la phase de solut??.

Temp??rature

La solubilit?? d'un solut?? donn?? dans un solvant donn?? d??pend g??n??ralement de la temp??rature. Pour environ 95% des solut??s solides, la solubilit?? augmente avec la temp??rature, dans la plage de temp??rature allant d'environ la temp??rature ambiante ?? 100 ?? C. Dans l'eau liquide ?? haute temp??rature (par exemple, qui se approche le temp??rature critique), la solubilit?? des solut??s ioniques a tendance ?? diminuer en raison du changement de propri??t??s et la structure de l'eau liquide (inf??rieur constante di??lectrique, ?? moins d'un solvant polaire ).

Gazeux solut??s pr??sentent un comportement plus complexe avec la temp??rature. Comme on ??l??ve la temp??rature des gaz deviennent g??n??ralement moins soluble dans l'eau, mais plus soluble dans les solvants organiques.

Le graphique montre les courbes de solubilit?? pour certains inorganique typique Tous les solides (sels). Beaucoup se comportent comme des sels le nitrate de baryum et l'ars??niate de sodium dibasique, et montrent une grande augmentation de la solubilit?? avec la temp??rature. Certains solut??s (par exemple NaCl dans l'eau) solubilit?? dans l'exposition qui est assez ind??pendant de la temp??rature. Quelques-uns, tels que le c??rium (III) sulfate, deviennent moins solubles dans l'eau lorsque la temp??rature augmente. Ceci est parfois appel?? "retrograte" ou "inverse" solubilit??. De temps en temps, un mod??le plus complexe est observ??e, comme avec du sulfate de sodium , o?? le d??ca moins soluble hydrate cristallin perd de l'eau de cristallisation ?? 32 ?? C pour former un plus soluble la phase anhydre.

Compos?? organique soluble deviennent presque toujours que la temp??rature se ??l??ve, dans la plupart des solvants. La technique de recristallisation, utilis?? pour la purification de solides, d??pend de cette diff??rence de solubilit?? dans un solvant chaud et froid. Il ya quelques exceptions, comme certains cyclodextrines.

Pression

Pour phases condens??es (solides et liquides), la d??pendance de la pression de la solubilit?? est g??n??ralement faible et souvent n??glig??e dans la pratique. En supposant une solution id??ale, la d??pendance peut ??tre quantifi??e en tant que:

o?? N _i est la fraction molaire du constituant i dans la solution, P est la pression, l'indice T fait r??f??rence ?? une temp??rature constante, V _{i, aq} est la volume molaire partiel du composant i dans la solution, V _{i, cr} est le volume molaire partiel de la composante i dans le solide ?? dissoudre, et R est le constante universelle des gaz.

La loi de Henry indique que la solubilit?? d'un gaz dans un liquide est directement proportionnelle ?? la la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide, qui peut ??tre ??crite comme suit:

o?? k est une constante d??pendant de la temp??rature (par exemple, 769,2 atm ??? L / mol pour dioxyg??ne (O ₂₎ dans l'eau ?? 298 K), p est la pression partielle (atm), et c est la concentration du gaz dissous dans le liquide (mol / L).

Polarit??

Un populaire aphorisme utilis?? pour pr??dire la solubilit?? est ??Comme se dissout comme" Ceci indique que un solut?? se dissout mieux dans un solvant qui a un similaire polarit?? ?? lui-m??me. Ce est une vision plut??t simpliste, car il ne tient pas compte de nombreuses interactions solvant-solut??, mais ce est une r??gle-de-pouce utile. Par exemple, une tr??s polaire ( hydrophile) solut?? tel que l'ur??e est tr??s soluble dans l'eau hautement polaire, relativement moins solubles dans l'polaire du m??thanol et pratiquement insoluble dans des solvants non polaires tels que le benz??ne . En revanche, une non-polaire ou solut?? lipophile tel que naphtal??ne est insoluble dans l'eau, assez soluble dans le methanol et tr??s soluble dans le benz??ne non polaire.

Solubilit?? liquides aussi g??n??ralement cette r??gle. Huiles v??g??tales lipophiles, tels que l'huile d'olive et l'huile de palme, se dissolvent dans l'essence non polaire (essence), mais liquides polaires tels que l'eau ne se m??langent pas avec de l'essence.

Chimistes de synth??se utilisent souvent les diff??rentes solubilit??s des compos??s pour s??parer et purifier les compos??s de m??langes r??actionnels.

Vitesse de dissolution

Dissolution ne est pas toujours un processus instantan??. Il est rapide lorsque le sel et le sucre se dissolvent dans l'eau, mais beaucoup plus lent pour un comprim?? de l'aspirine ou un gros cristal hydrat?? de sulfate de cuivre (II) . La vitesse ?? laquelle un solide se dissout peut d??pendre de ses propri??t??s cristallines (cristallines vs amorphe, la taille des cristaux) et la pr??sence de polymorphisme. Ce est important dans de nombreux syst??mes pratiques, par exemple dans la conception de m??thodes pour contr??l??e d??livrance de m??dicament. Critique, la vitesse de dissolution d??pend de la pr??sence de m??lange et d'autres facteurs qui d??terminent le degr?? de undersaturation dans le film de solvant liquide imm??diatement adjacente au cristal de solut?? solide. Dans certains cas, les ??quilibres de solubilit?? peuvent prendre un certain temps pour ??tablir (heures, jours, mois ou de nombreuses ann??es; en fonction de la nature du solut?? et d'autres facteurs). Dans la pratique, cela signifie que la quantit?? de solut?? dans une solution ne est pas toujours d??termin?? par la solubilit?? thermodynamique, mais peut d??pendre de la cin??tique de dissolution (ou la pr??cipitation).

Le taux de dissolution et la solubilit?? ne doit pas ??tre confondue - ce sont des concepts diff??rents (cin??tiques et thermodynamiques, respectivement).

Quantification de solubilit??

La solubilit?? est commun??ment exprim??e en concentration, soit la concentration en masse (g de solut?? par kg de solvant, g par 100 mL (dL) de solvant), molarit??, molalit??, fraction molaire ou d'autres descriptions similaires de concentration. La quantit?? maximale d'??quilibre du solut?? qui peut dissoudre par quantit?? de solvant est la solubilit?? du solut?? que dans ce solvant dans les conditions sp??cifi??es. L'avantage de la solubilit?? exprimant de cette mani??re r??side dans sa simplicit??, tandis que l'inconv??nient est qu'il peut fortement d??pendre de la pr??sence d'autres esp??ces dans le solvant (par exemple, l'effet de l'ion commun).

les constantes de solubilit?? sont utilis??s pour d??crire des solutions satur??es de compos??s ioniques de solubilit?? relativement faible (voir ??quilibre de solubilit??). La constante de solubilit?? est un cas sp??cial d'un la constante d'??quilibre. Il d??crit l'??quilibre entre les ions dissous du sel et le sel non dissous. La constante de solubilit?? est ??galement ??applicable?? (c.-??-utile) ?? pr??cipitation, l'inverse de la r??action de dissolution. Comme avec d'autres constantes d'??quilibre, la temp??rature peut affecter la valeur num??rique de la constante de solubilit??. La constante de solubilit?? est plus compliqu??e que la solubilit??. Toutefois, la valeur de cette constante est g??n??ralement ind??pendante de la pr??sence d'autres esp??ces dans le solvant.

La loi de Henry est utilis?? pour quantifier la solubilit?? des gaz dans des liquides en fonction du gaz de pression partielle. Ce est un cas particulier d'un ??quilibre de solubilit??.

Le Th??orie de la solution Flory-Huggins est un mod??le th??orique qui d??crit la solubilit?? de polym??res. Le Hansen param??tres de solubilit?? et la Param??tres de solubilit?? Hildebrand sont des m??thodes empiriques pour la pr??diction de la solubilit??. il est ??galement possible de pr??dire la solubilit?? d'autres constantes physiques tels que la enthalpie de fusion.

Le Coefficient de partage ( Log P) est une mesure de la solubilit?? diff??rentielle d'un compos?? dans un solvant hydrophobe ( octanol) et un solvant hydrophile ( de l'eau ). Le logarithme de ces deux valeurs permet compos??s ?? ??tre class??es en fonction de hydrophile (ou hydrophobe).

Applications

Solubilit?? est d'une importance fondamentale dans un grand nombre de disciplines scientifiques et les applications pratiques, les plus ??videntes ??tant en g??nie chimique, science des mat??riaux, la g??ologie et sciences de l'environnement.

La solubilit?? est souvent consid??r??e comme l'un des ??propri??t??s caract??ristiques d'une substance". Cela signifie que la solubilit?? est couramment utilis?? pour d??crire la substance, pour faire la lumi??re sur la nature de la substance, pour aider ?? distinguer d'autres substances, et de guider avec une application de la substance. Par exemple, indigo est d??crit comme ??insoluble dans l'eau, un alcool ou un ??ther, mais soluble dans le chloroforme, le nitrobenzene ou l'acide sulfurique concentr??."

Par exemple, la solubilit?? d'une substance est utile pour la s??paration de m??langes. Par exemple, un m??lange de sel ( chlorure de sodium ) et de la silice peut ??tre s??par?? par dissolution du sel dans l'eau, s??paration par filtration et la silice non dissoute. La synth??se de compos??s chimiques, par milligramme dans un laboratoire ou ?? la tonne dans l'industrie, ?? la fois faire usage des solubilit??s relatives du produit d??sir??, ainsi que des mati??res de d??part ne ayant pas r??agi, des sous-produits, et les produits secondaires pour obtenir la s??paration.

Un autre exemple de ceci serait la synth??se du l'acide benzo??que ?? partir de bromure de ph??nylmagn??sium et glace s??che . L'acide benzo??que est plus soluble dans un solvant organique tel que le le dichlorom??thane ou l'??ther de di??thyle, et quand secou?? avec ce solvant organique dans un entonnoir de s??paration, sera pr??f??rentiellement dissoudre dans la couche organique. Les autres produits de r??action, ?? savoir le bromure de magn??sium demeure dans la phase aqueuse, qui montre clairement que la s??paration sur la base de solubilit?? est atteint. (Sur le plan pratique, l'acide benzo??que obtenu apr??s ??vaporation du solvant organique devrait id??alement ??tre purifi?? par recristallisation dans l'eau chaude.)

Solubilit?? des compos??s ioniques dans l'eau

La solubilit?? d'un sel qui se ionise dans l'eau est d??termin??e par la produit de solubilit?? (K _sp) qui est une constante ?? une temp??rature donn??e. Chlorure d'argent est un sel relativement insoluble dans l'eau. Il ionise:

Ag ⁺ + Cl ^- ↔ AgCl (s)

Le produit de solubilit?? de l'AgCl, 1.8E-10 est aussi le la constante d'??quilibre de cette r??action qui est calcul?? en multipliant les concentrations des ions argent et chlorure dans une solution satur??e, soit [Ag +] [Cl]. Ainsi, la concentration maximale d'une solution pure de chlorure possible d'argent est sqrt (1.8E-10) = 1,34 E-5 M. Cependant, si les ions chlorure ont ??t?? ajout??s, peut-??tre une solution de chlorure de sodium, l'??quilibre se d??place en fonction de principe, et chlorure d'argent de Le Chatelier va pr??cipiter de la solution.

Solubilit?? de compos??s organiques

Le principe ??nonc?? ci-dessus sous la polarit?? , qui se dissout comme tels, est le guide d'habitude ?? la solubilit?? avec les syst??mes organiques. Par exemple, gel??e de p??trole se dissout dans essence; qui sont tous deux lipophile. Ce est parce que la vaseline est constitu??e de cha??nes de carbone longues, de m??me que l'essence. Il ne sera pas, d'autre part, se dissout dans de l'alcool ou de l'eau, ??tant donn?? que la polarit?? de ces solvants est trop ??lev??e. Sucre ne se dissout pas dans l'essence, puisque le sucre est trop polaire en comparaison avec l'essence. Un m??lange d'essence et de sucre peut donc ??tre s??par?? par filtration, ou extraction ?? l'eau.

Solubilit?? Solide

Ce terme est souvent utilis?? dans le domaine de la m??tallurgie pour d??signer la mesure o?? un ??l??ment d'alliage va se dissoudre dans le m??tal de base sans former une phase s??par??e. La ligne de solubilit?? (ou courbe) est la ligne (ou lignes) sur un diagramme de phase qui donne les limites d'addition du solut??. Autrement dit, les lignes indiquent la quantit?? maximale d'un composant qui peut ??tre ajout?? ?? un autre composant et ??tre toujours en solution solide. En fabrication micro??lectronique, de la solubilit?? solide se r??f??re ?? la concentration maximale en impuret??s, on peut placer dans le substrat.

Dissolution incongru

De nombreuses substances se dissolvent de mani??re congruente, ?? savoir la composition de la mati??re solide et la partie de solut?? dissous stoechiom??trique. Toutefois, certaines substances peuvent se dissoudre non congruente, moyennant quoi la composition du solut?? dans la solution ne correspond pas ?? celui du solide. Ceci est accompagn?? par l'alt??ration de la "primaire solide" et ??ventuellement la formation d'une phase solide secondaire. Cependant, en g??n??ral, une certaine solide primaire reste ??galement et un ??quilibre de solubilit?? complexe ??tablit. Par exemple, la dissolution de albite peut entra??ner la formation de gibbsite.

NaAlSi ₃ O ₈ (s) ⁺ H + + 7H ₂ O = Na ⁺ + Al (OH) ₃ (s) + 3 H ₄ SiO _4.

Dans ce cas, on pr??voit que la solubilit?? de l'albite ?? d??pendre du rapport solide-solvant. Ce genre de solubilit?? est d'une grande importance en g??ologie, o?? elle aboutit ?? la formation des roches m??tamorphiques .