Question

有关相似相溶的原理的问题

关于含有氢键的物质容易互溶的原理我知道了，不过还有个问题，氢键是不是也可以存在于非极性分子中？- -
那除去氢键，其他分子晶体的相似相溶又是为什么呢？希望能解释得详细一点。谢谢
我知道极性分子易溶于极性分子中，非极性分子易溶于非极性分子中。但是为什么会这样

Answer 1

所谓极性就是分子一段带有部分正电荷（非整数基本电荷），一端带有等量负电荷（又称为偶极，即”两极“），这样的电荷系统，称为电偶极子。非极性分子由于电子的位置是随机的，任一瞬间分子均存在极性（瞬间偶极），只是平均而言没有极性。分子间力本质上起源于分子间的电相互作用（即偶极子间的相互作用）。有关基本概念楼主可参见本人对下列问题的回答http://zhidao.baidu.com/question/483469378.html 。

溶解过程是破坏溶质分子间力，和一部分溶剂分子间力（假定溶剂量较溶质明显多），而形成溶质和溶剂分子间力的过程。如果这个过程能量降低（即生成的分子间力所对应的势能减小量，大于破坏分子间力引起的势能增大量，引力越强，相互作用势能越低），则该过程可以发生。

这和化学反应的原理完全相同，只是现在涉及的是分子间力，而不是化学键的断裂和形成。分子间力和化学键力都是电磁力没有本质区别，只是数量级不同而已。将化学键力视为广义的分子间力，则该原理可以适用于一切物质的溶解过程。

溶解过程同时是熵增加（分子排列无序度增大）的过程（涉及气体溶解的过程可能有例外），即便溶解过程的能量稍有升高，溶解仍可以发生。如果能量大幅上升，则溶解过程不能发生（发生的程度微乎其微，宏观上看不出任何变化，例如聚乙烯在水中）。这和化学反应有不同之处，化学反应的熵未必增加，而溶解过程通常都是熵增加过程，因此溶解过程比化学反应容易讨论。

以上是溶解过程的基本物理化学原理（实际上都是物理原理，想从根本上回答化学问题最终都归结到物理原理）。以下进一步讨论。

极性分子间存在固有偶极之间作用产生的强的定向力（也称取向力），同时存在一定的相互诱导偶极与固有偶极间的作用力（诱导力），还具有瞬时偶极间的作用力（色散力）。

非极性分子间只存在色散力，色散力主要取决于分子量的大小，因此分子量相当时，极性分子间的引力明显强于非极性分子。极性分子和非极性分子间引力作用有色散力和诱导力，不过诱导力通常比较小，因此极性分子和非极性分子间引力与分子量相当的非极性分子间的引力大小相当。

现在考虑极性化合物乙醇溶于水的例子。乙醇分子间引力较强（但不及水分子间引力强，由沸点可以较准确判断），乙醇进入水中，在水分子的无规则碰撞下，其中的分子可以被动能足够大的水分子陆续”打出“进入水中，水分子立即将这些分子包围，之间形成多个氢键（同时还具有定向力，诱导力和色散力，氢键与普通分子间力也无本质区别，稍强一点而已），同时破坏了部分水分子间的引力。这个过程中能量变化很复杂，对溶解不利的是乙醇分子间引力较强，水分子间引力也很强，有利的是乙醇与水分子间的引力也很强，故总能量变化从微观上难以定性讨论。但我们可以从宏观上得知该过程没有明显吸热或放热（实际上稍有放热），即能量基本不变。而溶解过程是熵增大的过程，只要能量不是大幅上升，溶解就可以发生，能量升高越小越易溶，能量降低越多，就更加易溶。

再如极性HCl气体溶于水的过程。这个过程中气态变溶液态，熵有减小趋势，而形成溶液后水分子排列状况较纯水无序度增大，熵有增大趋势，总体而言熵变化不很大。这时主要因素是溶解过程能量大幅降低。HCl分子进入水中发生电离，破坏H-Cl键能量升高，而产物H+与水分子水合是个剧烈的放热反应，释放的能量供破坏H-Cl键和水分子间引力还有明显富余，因此是能量较多降低，放热较多的过程，易于发生。

再考虑非极性气体CH4溶于水的过程。假定可以溶解，与上面类似，熵不会大幅变化。主要看能量是否降低。CH4分子间只存在较弱的色散力，水分子间存在很强的引力，假定溶解发生CH4和水分子间存在色散力和诱导力，其中色散力与CH4分子间相当，而诱导力通常情况下都很小（大多情况无需考虑）。很显然，溶解过程相当于要净的破坏水分子间的强引力，能量大幅升高。从而过程难以发生，溶解度极小。

氢键是不是也可以存在于非极性分子中？含有H-X键可以形成氢键的分子通常都是极性分子，非极性分子中通常不存在H-X键。例外如正硅酸Si(OH)4，整体非极性，可以存在氢键，不过正硅酸通常条件下容易变成偏硅酸（极性分子）。

以上内容比较复杂，事实上仍有很多需要讨论的内容，限于篇幅，先讨论到此。如有不明欢迎追问。

追问

那是不是可以这样理解：分子间作用力相当的两个分子，重组放出的能量和原来拆散吸收的能量能够达到一个大致的平衡，所以易于互溶？
那如果放出的能量比拆散吸收的能量小一点，是不是就从环境里吸收一些能量？当差得太多，无法从周围环境获得，那么就无法完成溶解？所以溶解过程既可以吸热又可以放热？

追答

分子间作用力相当的两个分子，重组放出的能量和原来拆散吸收的能量能够达到一个大致的平衡，所以易于互溶？大意正确，说两种分子间作用力与各自同种分子间作用力相当比较好，此时如发生溶解过程，能量基本不变，熵增大足以使溶解过程的以实际发生。当然同时能量降低就更容易发生。

那如果放出的能量比拆散吸收的能量小一点，是不是就从环境里吸收一些能量？是的

当差得太多，无法从周围环境获得，那么就无法完成溶解？
这个说法不正确，尽管貌似有理，我们不妨考虑等温等压的溶解过程。系统因溶解吸热后，假定不从环境（空气）吸热，系统温度降低，就会自发从环境吸热，这样环境可以供给源源不断的能量（假定溶解可以发生的话）。对于一个很有限的系统，能量来源并不缺乏。关键是过程的发生将违反热力学第二定律。对于等温等压过程ΔG=ΔH-TΔS，假定溶解可以相当程度上发生（绝对不溶不存在），则吸热量ΔH必须小于TΔS，才能实际发生。如果吸热量很大，以至于大于温度和熵增加的乘积，则过程不能实际发生。

所以溶解过程既可以吸热又可以放热？是的。不过假定吸热量过大就不可能（宏观上明显）溶解了。

Answer 2

H2O是非极性分子，水分子间存在氢键
相似相容原理：极性分子易溶于极性分子中，非极性分子易溶于非极性分子中

追问

我知道极性分子易溶于极性分子中，非极性分子易溶于非极性分子中。但是为什么？

追答

不是什么事情都有为什么的。
这是个经验规律。就想人以类聚，物以群分一样。谈的来的人走的近。

追问

。。
话说纠正一下。水是极性分子。

追答

哦，打错了。
不过我的回答还是”没有什么，长的就那样”

Answer 3

分子的极性相近，则分子间的间隙大小相似！