一种以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中构成的均匀而又稳定的体系叫溶液。溶液由溶质和溶剂组成。用来溶解别种物质的物质叫溶剂,能被溶剂溶解的物质叫溶质。溶质和溶剂可以是固体、液体和气体。按溶剂的状态不同,溶液可分为固态溶液(如合金)、液态溶液和气态溶液(如空气),一般所说的溶液是指液态溶液。水是一种很好的溶剂,由于水的极性较强,能溶解很多极性化合物,特别是离子晶体,因此,水溶液是一类最重要、最常见的溶液。以下讨论的溶液均指水溶液。
从物理化学研究的角度,把分散体系区分为真溶液、胶体溶液和悬浊液。物质分散成微粒分布在另一物质中称为分散体系。被分散的物质称为分散相,分散相所在的介质称为分散介质。例如氯化银分散在水中,氯化银是分散相,水是分散介质。
按照分散相粒子的大小,可把分散体系分为真溶液(简称溶液)、胶体溶液和悬浊液三种,分散相的粒子直径小于1nm(纳米)(1nm等于10(-9次方)米(m)由于SI制中词头n的中文名称没有完全确定,所以一般书写原文,但也有人译为纳米)的分散体系称为溶液,直径在1~100nm的称为胶体溶液,直径大于100nm的称为悬浊液。
溶液中溶质和溶剂的规定没有绝对的界限,只有相对的意义。通常把单独存在和组成溶液时状态相同的物质叫做溶剂,如葡萄糖的水溶液,水称为溶剂,葡萄糖称为溶质。如果是两种液体相混溶,把量多的物质称为溶剂,例如20%的酒精水溶液,水是溶剂,乙醇是溶质,含5%甲醇的乙醇溶液,把甲醇叫做溶质,乙醇则是溶剂。
下面以固体在水中的溶解为例来讨论溶解过程。
在一定温度下,将固体物质放于水中,溶质表面的分子或离子由于本身的运动和受到水分子的吸引,克服固体分子间的引力,逐渐分散到水中,这个过程叫作溶解。
在溶解的同时,还进行着一个相反的过程,即已溶解的溶质拉子不断运动,与未溶解的溶质碰撞,重新被吸引到固体表面上,这个过程叫做结晶。当溶解速度等于结晶速度时,溶液的浓度不再增加,达到饱和状态,这时存在着动态平衡。我们把在一定条件下达到饱和状态的溶液叫做饱和溶液,称还能继续溶解溶质的溶液为不饱和溶液。
物质在溶解过程中,有的会放热,使溶液温度升高,有的则吸热,使液温度降低,这叫做溶解过程的热效应,物质在溶解过程中发生了两个变化:一个是溶质分子(或离子)克服它们相互间的吸引力向水分子之间扩散,这是物理变化,这个过程要吸热,另一个是溶质分子(或离子)与水分子相互吸引,结合成水合分子。(或水合离子)这叫做溶剂化过程,是化学变化,这个过程要放热。总的热效应为二者之和,习惯上统称为溶解热。溶解热如为正值,表示溶解时放出热量,如为负值,表示吸收热量。1摩尔的物质在溶解时,所放出(或吸收)的热量叫做该物质的溶解热。
在溶解过程中,溶液的体积也发生变化,溶质和溶剂体积之和并不就是溶液的体积,乙醇和水混和后体积减小,而苯和乙酸混和后体积增加,这一现象也说明溶解过程不是一个机械混和过程,而是一个物理-化学过程。
为了加速溶解,可以采取研细溶质、搅动、振荡和加热溶液的方法。
物质在水中溶解能力的大小称为溶解度。即在一定温度下,某种物质在100克溶剂中达到饱和时所溶解的克数。例如在20℃时,KCl在100克水中最多能溶解34.0克,KCl的溶解度就是34.0克/100克水。
影响物质溶解度的因素很多,其中温度的影响较大,大多数固体物质的溶解度随温度升高而增加,例如KNO3在0℃时,100克水中可溶解18克,100℃时可溶解246克。
不同的物质在同一溶剂中的溶解度不同,同一物质在不同溶剂中的溶解度也不相同,一般符合相似者相溶的经验规律,即物质易溶解于性质相似的物质之中。例如极性物质易溶于极性溶剂,非极性物质易溶于非极性溶剂。
在常温下,在100克溶剂中,能溶解10克以上的物质称为易溶物质,溶解度在1~10克的称为可溶物质,在1克以下的称为微溶及难溶物质。这并不是严格的分类方法。
根据溶解度的概念可知,不同物质在水中的饱和溶液浓度是不相同的。配制饱和溶液的方法是:查阅溶解度表,得知该物质在室温下的溶解度,称取稍过量的溶质,配制溶液,在溶解达到平衡后(可充分搅拌或放置过夜),在溶液中保持过量未溶解的溶质固体。