不溶性？ 溶性？

化学を勉強中です。

塩が水に溶けるかどうかというのを
たくさん覚えなくてはいけないのですが、
覚えるだけでは面白くなく、
理解したいと思うのです。

たとえば、
CaSO4, BaSo4, PbSO4 は解けないだとか、
Fe+は過剰アンモニアに溶けないのに
Cu+やAg+は溶けるだとか。

このほかにも
たくさんの例があり、
見つけるたびに 電気陰性度の違いや
イオン化傾向を考えてみるのですか、
何しろ自分の勝手な解釈ですので
自信がありません。

なぜその塩、イオンが溶性なのか、
不溶性なのかということについての
考えられる理由を
たくさん教えていただけないでしょうか。

No.2 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/03/11 14:02

根本的な部分で探す場所を間違えている。

　その理由にギブスエネルギーとか難解なもの持ち出したりする必要もない。大事なことは溶解とは何かを正確にイメージできていることです。食塩が塩化カルシウムに比較して格段に溶けないわけじゃないし・・

そもそも、水があまりにも異常な物質であることを見逃している。・・・ここが出発点の誤り。
次の穴埋め
「固体よりも液体のほうが体積が（　　）く、固体はその物質の液体に（　　　）」

もちろん、固体のほうが低温なため体積は小さく固体は沈みますね。・・・ところが水は逆、多に身近なものとしてはビスマス程度。
あの分子量(18)からは想像もできないほど融点も沸点も高い
以上に大きな比熱や融解熱気化熱
極めて大きな表面張力を持つ。油などを溶かすことができない。
　ごく一部を列挙しただけでこれだけある。理由は水の分子構造に由来します。４つのsp³混成軌道(約109°の正四面体)の二つに水素原子核(+)、残り二つは孤立電子対(-)が入っているために強く分極していることによるもの。

　溶けるとは、その物質が溶媒分子と混じり合い拡散する必要がありますが、水は互いの結びつきが強すぎて他の物質を溶かしこむ---仲間入れることができません。あたかも仲の良い女子の集団の中によそ者が入ろうとしてもはじき出される。---外から見るとよそ者が結びついているように見えるので疎水結合と呼ばれるけど、実際は仲間外れになっているに過ぎない。

　その水の中に溶けるためには、自身が水分子のような衣を着ているか、サイズが近いか。あるいは周囲を水分子で取り囲めるか、そしてよそ者どおしの結びつきが強いか弱いかだけてす。
・自身が水分子のような衣を着ているか、サイズが近いか。
　メタノールやエタノールアセトンはやはり酸素の周りのsp³軌道に水素なり小さなアルキル基がくっついている。
　アンモニアは同じsp³だが３個が水素原子核
　小さなアルキル基は水分子の間の大きな隙間に潜り込める。(隙間が大きいのも分子構造のため)
・あるいは周囲を水分子で取り囲めるか
　金属イオンなど電荷をもつ粒子は周囲を分極分子である水をまとわってしまうため、他から見ると水にしか見えない。
　あるいは、錯イオンのように水分子でなくてもよい。あとえば銅アンモニウムイオンとか・・
・よそ者どおしの結びつきが強いか弱いか
　いくら個々は水に溶けうる可能性が大きくても、水よりは仲間どおしの結びつきが強ければ溶けにくい。
　言い換えると、水分子（女子）たちを引きよれるか、仲間どおしのほうが良いかのパワーバランス

　例えば、25℃で、食塩は約60g溶けて、塩化カルシウムは80g溶解します。（ちなみに砂糖は212g）が、科学者が物資の量を重さで考えることはしませんから物質量で考えると、食塩は0.6 1モル、塩化カルシウムは0.7モル、ちなみに砂糖は0.67モル・・・そんなに大きな差があるわけではない。塩は水中では電離しているで、食塩水には1.2モル、₋塩化カルシウムには2.1モル、砂糖水は解離しないので0.67モル
　食塩水には、砂糖水の倍以上の量が溶けている。塩化カルシウムは３倍・・。
　　家庭科なら水に砂糖のほうがたくさん溶けるというかもしれないが、科学者は食塩のほうがたくさん溶けると思っている。(^^)

CaSO4, BaSo4, PbSO4 は解けないだとか、
Fe+は過剰アンモニアに溶けないのに
Cu+やAg+は溶けるだとか。
　ここでも間違いをしているね。最初の行は塩で考えているけど二行目以降は個別のイオンで考えている。
溶けたCu²⁺に硫酸塩を加えると沈殿できますよ。

・自身が水分子のような衣を着ているか、サイズが近いか。
・あるいは周囲を水分子や水分子と相性の良いもので取り囲めるか
・よそ者どおしの結びつきが強いか弱いか
　の三点ひとつひとつについては、化学を学べば追々理解できてくるでしょう。金属原子の電子軌道の向きとか角度とか、配位子が結びついたときの距離とか反発とかね。(^^)

　しかし、それ以上に大事なことは同じ理数科と言っても数学と、物理や化学は違う。物理や化学は観察される性質を説明しうる理論を見つける。数学は最初にルールを決めてそれを広げていく。最初にポテンシャルエネルギーとかギブスエネルギーとかがあるわけじゃない。
　こんなの所詮「後出しじゃんけん」なのです。それで完璧に説明できたとしても---説明できるから理論として認められているのだけれども---そこが出発点ではない。それは結果
　それを出発点なしてしまうと、それで「行き止まり」、常に従来の理論では説明しがたい物を見つけ、それも説明できる理論を追求しなければならない。

　かって、さる大先生が「100メートルもの高木になぜ水を吸い上げることができるの？(水は10mしかポンプで吸い上げられない)」と聞かれて「そのほうがポテンシャルエネルギーが小さいから」とのたまわれた。(^^)その説明で納得するほうもする方だが、煙に巻いた先生はいかがかと・・・・ひょっとしてそれで納得する学生は科学者にはなれないと判断したのかも。

　なぜ、ポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)が小さいか、なぜギブスエネルギーが小さいかを聞いているのにね。

No.1 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/03/07 10:54

それに興味を持つあなたは研究者の素質がありますが、この件はメチャメチャ難しい。

もし単純な法則性があるなら化学など要らないし、そもそも生物など発生しなかったはずです。
なぜ生物が？？？と思うでしょうが、生物の機能は元素の些末とも思える機能の差を徹底的に利用しているからです。
それは置いといて、あなたはもう少しむつかしい本を読む必要があるでしょう、
ご質問の中身に高校生でも既に知っていなければならない部分がある。
基本の「き」は、陽イオンと陰イオンのサイズです、簡単に言うと両者の大きさが近いと、
結晶の生成(ギブスの自由)エネルギーが負で絶対値が大きく、容易には離れようとしない。
塩類は水に溶けるじゃないか……溶けません、食塩がいかに溶けにくいかご存知でしょう。
次のファクター、結晶水を持つ事の出来る奴などは非常に解け易い、塩化カルシウムが良い例です、
冬、道路に撒いて融雪、融氷します、こいつ結晶水の着いた物は無色透明な結晶、撒いたって何も起きない。
結晶水が無いときれいな結晶を作るのはかなり面倒。
さらに「配位子場理論」が来るから嫌だ、量子論の世界ですが大学どころか既に高校でもほのめかされる。
遷移金属から銅辺りまでは覚える必要がありますが、こいつら周りに水やアンモニアそして陰イオンを
引きつけ巨大な化学種になる、最初のカテゴリーの大きすぎるイオンになります、だから溶けやすい。
長くなるのでここで切ります、最近は巨大な書店がショッピングモールにある、大学教養の化学を探して下さい。アマゾン様に聞くのも良い。

この回答へのお礼

テスト終わったら時間かけてじっくり考えて見ます！
ありがとうございました。

お礼日時：2016/03/08 12:31