將甲醇和乙腈看做溶質,水為溶劑,其實問題就是:為什麼有的物質溶解會吸熱/放熱?這可以從體系的焓變來解釋。溶解(Solvation)涉及三個過程:1) 破壞溶質-溶質分子間吸引力。這是吸熱(endothermic)過程。對於氯化鈉等晶體,可以查它們的晶格能。2) 破壞溶劑-溶劑分子間吸引力。也是吸熱過程。3) 形成溶劑-溶質分子間吸引力。這是放熱(exothermic)過程。顯然,當過程1和2所需的能量大於過程3產生的能量時,則溶解過程吸熱。反之,溶解過程放熱。所以,查一下相關資料就可以判斷是吸熱還是放熱。當然,資料是實驗測出來的,用資料解釋等於「用我的實驗證明你的實驗現象」,沒多大意思。題主已經透過實驗瞭解,甲醇和水混溶放熱,乙腈和水混溶吸熱。所以真正的問題是:為什麼資料是這樣的?或者,能不能用直觀的經驗解釋?假設相同溫度、相同物質的量的甲醇、乙腈和水分別加入等量的水中。甲醇、乙腈和水都是極性溶劑,可無限互溶。極性溶劑的分子間作用力主要考慮荷電基團靜電作用、氫鍵、離子-偶極相互作用、偶極-偶極相互作用和疏水基團相互作用力。甲醇、乙腈和水都是中性溶劑,不考慮荷電基團靜電作用。這兩個體系中,分子間相互作用以氫鍵為最強,其餘不討論。甲醇和水是質子溶劑,乙腈是非質子溶劑。也就是說,乙腈分子間、乙腈-水分子間不能形成氫鍵。所以相對於水,乙腈分子間作用力很弱(體現為沸點低、黏度小等等)。乙腈和水混溶時,大量水分子間氫鍵被破壞,而新的分子間作用力形成所補充的能量不足以彌補。所以乙腈-水混溶是吸熱的。水加入水中的情況:氫鍵的破壞與形成是處在動態平衡的。所以溫度不變。甲醇分子間、甲醇與水分子間也存在氫鍵。問題便轉換成:這兩種氫鍵與水分子間氫鍵的強弱問題了。問題又變得複雜。純水中存在氫鍵構成的水分子團簇,甲醇中也類似,所以二者混合還必須考慮熵的變化。未完待續。
將甲醇和乙腈看做溶質,水為溶劑,其實問題就是:為什麼有的物質溶解會吸熱/放熱?這可以從體系的焓變來解釋。溶解(Solvation)涉及三個過程:1) 破壞溶質-溶質分子間吸引力。這是吸熱(endothermic)過程。對於氯化鈉等晶體,可以查它們的晶格能。2) 破壞溶劑-溶劑分子間吸引力。也是吸熱過程。3) 形成溶劑-溶質分子間吸引力。這是放熱(exothermic)過程。顯然,當過程1和2所需的能量大於過程3產生的能量時,則溶解過程吸熱。反之,溶解過程放熱。所以,查一下相關資料就可以判斷是吸熱還是放熱。當然,資料是實驗測出來的,用資料解釋等於「用我的實驗證明你的實驗現象」,沒多大意思。題主已經透過實驗瞭解,甲醇和水混溶放熱,乙腈和水混溶吸熱。所以真正的問題是:為什麼資料是這樣的?或者,能不能用直觀的經驗解釋?假設相同溫度、相同物質的量的甲醇、乙腈和水分別加入等量的水中。甲醇、乙腈和水都是極性溶劑,可無限互溶。極性溶劑的分子間作用力主要考慮荷電基團靜電作用、氫鍵、離子-偶極相互作用、偶極-偶極相互作用和疏水基團相互作用力。甲醇、乙腈和水都是中性溶劑,不考慮荷電基團靜電作用。這兩個體系中,分子間相互作用以氫鍵為最強,其餘不討論。甲醇和水是質子溶劑,乙腈是非質子溶劑。也就是說,乙腈分子間、乙腈-水分子間不能形成氫鍵。所以相對於水,乙腈分子間作用力很弱(體現為沸點低、黏度小等等)。乙腈和水混溶時,大量水分子間氫鍵被破壞,而新的分子間作用力形成所補充的能量不足以彌補。所以乙腈-水混溶是吸熱的。水加入水中的情況:氫鍵的破壞與形成是處在動態平衡的。所以溫度不變。甲醇分子間、甲醇與水分子間也存在氫鍵。問題便轉換成:這兩種氫鍵與水分子間氫鍵的強弱問題了。問題又變得複雜。純水中存在氫鍵構成的水分子團簇,甲醇中也類似,所以二者混合還必須考慮熵的變化。未完待續。