化 学 (物質の状態と変化)

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 【溶媒と溶質】

 溶解度曲線の違いなどから分かるように,溶解度は,溶媒と溶質の相互作用の影響を強く受ける。基本的には「似た者同士」の溶解が良好であることが知られている。例えば,極性物質の極性溶媒への溶解,無極性物質の無極性溶媒への溶解である。

無機塩の溶解度

 極性溶媒の例として,ヒドロキシル基( hydroxyl group : OH基,水酸基ともいう)を持つ幾つかの溶媒に対する塩化ナトリウム( NaCl )の溶解度を下表に示す。なお,下表の溶解度は,化学便覧などの値を「溶媒 100 g に溶解する溶質の最大質量」で整理した値である。


溶媒別の塩化ナトリウム( NaCl )の溶解度( 25℃,g / 100g 溶媒 )「化学便覧など」
溶媒名 化学式 式量 溶解度
  水   H2O 18.02 35.9
  エチレングリコール   HOCH2CH2OH 62.07 7.15
  メタノール   CH3OH 32.04 0.766
  エタノール   CH3CH2OH 46.07 0.0649
  1 - ブタノール   CH3CH2CH2CH2OH 74.10 0.005
  1 - ペンタノール   CH3CH2CH2CH2CH2OH 88.15 0.00177

 溶媒の種類で溶解度が大きく異なることが分かる。この要因は,ナトリウムイオン,塩化物イオンと溶媒分子との相互作用の違いが反映したものと考えられる。【無機塩の水溶解】で紹介したように,固体表面に露出する塩化物イオンとナトリウムイオンの結合は,イオンの溶媒和で弱まり,溶液中に溶媒和イオンとして拡散する。
 溶媒に用いた分子の分極は,【双極子とは】で紹介したように,分子を構成する原子の電気陰性度の違いで生じる。
 表に示した溶媒の分子ではヒドロキシル基(OH基,水酸基ともいう)の分極が大きい。この基の様に,極性の大きい基は水分子と水素結合を形成でき水和し易いので,一般的に親水基( hydrophilic group )と呼ばれる。
 一方,分極の影響が小さい炭化水素基は水分子との相互作用がなく,水となじまないため,一般的には疎水基( hydrophobic group ,親油基ともいう)と呼ばれる。
 表に示した塩化ナトリウムのアルコール類への溶解度の違いは,溶媒分子の中での親水基の寄与度の違いで説明される。

有機化合物の溶解度

 有機酸や有機塩などのイオン解離可能な有機化合物の溶解性は,無機化合物の有機溶媒への溶解度と同様に,溶質及び溶媒の分子中の親水基と疎水基の寄与度の違いを考慮することで挙動を把握できる。
 次には,参考のため,アルコール類に対する水の溶解度,水に対する有機化合物の溶解度,親水基を持つ極性有機溶媒としてブタノールに対する溶解度,及び親水基を持たない有機溶媒としてシクロヘキサンに対する溶解度の例を次に示す。なお,対比が容易なように,塩化ナトリウムの溶解度も付記した。


溶媒(アルコール類)に対するの溶解度(室温付近 g / 100g )「化学便覧など」
溶媒名 化学式 式量 溶解度 温度
メタノール    CH3OH 32.04 25 ℃
エタノール    CH3CH2OH 46.07 25 ℃
1 - プロパノール    CH3CH2CH2OH 60.10 25 ℃
1 - ブタノール    CH3CH2CH2CH2OH 74.10 7.7 25 ℃
1 - ペンタノール    CH3CH2CH2CH2CH2OH 88.15 2.2 25 ℃
1 - ヘキサノール    CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 102.17 0.62 25 ℃
1 - ヘプタノール    CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH 116.20 0.33 20 ℃

に対する溶解度(室温付近 g / 100g H2O )「化学便覧など」
溶質名 化学式 式量 溶解度 温度
塩化ナトリウム    NaCl 58.44 35.9 25 ℃
安息香酸    C6H5COOH 122.12 0.35 25 ℃
オクタン酸    CH3 ( CH2 ) 6COOH 144.21 0.068 20 ℃
オクタデカン酸    CH3 ( CH2 ) 16COOH 284.48 3 × 10-4 20 ℃
1 - オクタデカノール    CH3 ( CH2 ) 16CH2OH 270.49 1.1 × 10-7 25 ℃

ブタノールに対する溶解度(室温付近 g / 100g C4H9OH )「化学便覧など」
溶質名 化学式 式量 溶解度 温度
オクタン酸    CH3 ( CH2 ) 6COOH 144.21 750 10 ℃
ヘキサデカン    CH3 ( CH2 ) 14CH3 226.44 50 15 ℃
1 - オクタデカノール    CH3 ( CH2 ) 16CH2OH 270.49 9.2 20 ℃
オクタデカン酸    CH3 ( CH2 ) 16COOH 284.48 1.6 20 ℃
塩化ナトリウム    NaCl 58.44 0.005 25 ℃

シクロヘキサンに対する溶解度(室温付近 g / 100g C6H12「化学便覧など」
溶質名 化学式 式量 溶解度 温度
ヘキサデカン    CH3 ( CH2 ) 14CH3 226.44 1440 15 ℃
オクタン酸    CH3 ( CH2 ) 6COOH 144.21 670 10 ℃
1 - オクタデカノール    CH3 ( CH2 ) 16CH2OH 270.49 3.2 20 ℃
オクタデカン酸    CH3 ( CH2 ) 16COOH 284.48 2.4 20 ℃

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