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在一定條件（溫度、壓力）下，一定量的溶劑溶解溶質(zhì)達(dá)飽和時(shí)，所含溶質(zhì)的量稱(chēng)為溶解度。任何一種表示濃度的單位都可用來(lái)作為溶解度的單位。因此，根據(jù)工作需要，溶解度可以有各種不同的表示法，通常用一定溫度下，100克溶劑形成飽和溶液時(shí)所溶解溶質(zhì)的質(zhì)量（單位為克）表示。

物質(zhì)溶解度的大小與很多因素有關(guān)，主要決定于溶質(zhì)和溶劑的本性以及外界的溫度和壓力。

一、 固體在液體中的溶解度

溫度對(duì)固體物質(zhì)溶解度的影響，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)繪成的溶解度曲線來(lái)表示。圖1-1是幾種固體鹽類(lèi)在水中的溶解度曲線。

圖1-1　溶解度曲線

從圖1-1中可以看出，大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大。個(gè)別物質(zhì)如醋酸鈣的溶解度，隨溫度的升高反而減小。還可看到硫酸鈉的溶解度曲線，在32.4℃時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這是因?yàn)?2.4℃左右時(shí)，硫酸鈉的存在形式不同。在32.4℃以下，與飽和溶液呈平衡的固體是含結(jié)晶水的硫酸鈉Na₂SO₄.10H₂O,隨溫度升高溶解度增大。在32.4℃以上，與飽和溶液呈平衡的固體是無(wú)水硫酸鈉Na₂SO₄，隨溫度上升而溶解度減小。

利用在不同溫度下物質(zhì)的溶解度不同這一性質(zhì)，可以進(jìn)行物質(zhì)的提純以除去其中雜質(zhì)。在實(shí)際工作中，常將要是純的物質(zhì)先加熱溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲校蛊涑蔀轱柡突蚪咏柡腿芤?，趁熱濾去不溶性雜質(zhì)，然后將溶液冷卻，這時(shí)因物質(zhì)的溶解度減小，勢(shì)必從溶液中析出結(jié)晶，而可溶性雜質(zhì)由于含量少，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和而留在母液中。最后過(guò)濾，使析出的結(jié)晶與母液分離而得到較純物質(zhì)。這種操作稱(chēng)為重結(jié)晶。

值得注意的是有些物質(zhì)在溫度降低時(shí)，溶液中所含溶質(zhì)的量雖超過(guò)了該溫度下飽和溶液所含溶質(zhì)的量，溶質(zhì)也不析出，這種溶液稱(chēng)為過(guò)飽和溶液。過(guò)飽和溶液是不穩(wěn)定的體系，稍一振蕩或投入一小顆粒結(jié)晶，多余的溶質(zhì)立即從溶液中析出而成為飽和溶液。

二、氣體在液體中的溶解度

氣體的溶解平衡是指在密閉容器中，溶解在液體中的氣體分子與液體上面的氣體分子保持平衡。溶解達(dá)平衡時(shí)，氣體在液體中的濃度就是氣體的溶解度。通常用1體積液體中所能溶解氣體的體積表示。表1-1是一些氣體在水中的溶解度。

表1－1　一些氣體在水中的溶解度

溫度/℃	O2	H2	N2	CO2	HCL	NH3
0	0.0489	0.0215	0.0235	1.713	507	1176
20	0.0310	0.0182	0.0155	0.878	442	702
30	0.0261	0.0170	0.0134	0.665	413	586(28℃)
35	0.0244	0.0167	0.0126	0.592	——	——

從表1-1中可以明顯地看出，溫度升高，氣體的溶解度減小。也可以看出，不同的氣體在水中的溶解度相差很大，這與氣體及溶劑的本性有關(guān)。H₂，O₂，N₂等氣體在水中的溶解度較小，因?yàn)檫@些氣體在溶解過(guò)程中不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱(chēng)為物理溶解。而CO₂，HCL，NH₃等氣體在水中的溶解度較大，因?yàn)檫@些氣體在溶解過(guò)程中與水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，稱(chēng)為化學(xué)溶解。

氣體在液體中的溶解，除與氣體的本性、溫度有關(guān)外，壓力對(duì)氣體的溶解度的影響也比較大。壓力和分壓的單位是帕（或帕斯卡，符號(hào)Pa），通常用千帕（符號(hào)kPa）表示。101.325kPa(或101325Pa)相當(dāng)于過(guò)去1atm（1大氣壓），133.32Pa相當(dāng)于1mmHg，作為非國(guó)際單位制的atm和mmHg本書(shū)不再使用。

（一）分壓定律

混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。這一定律稱(chēng)為分壓定律。這種關(guān)系可用數(shù)學(xué)式表示。

p=p₁+p₂+p₃+…

式中，p是混合氣體的總壓力，p1,p2,p3等是各組分氣體的分壓力。

混合氣體中每一種氣體的分壓力，可由總壓力和該氣體在混合氣體中所占的體積百分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)的乘積來(lái)計(jì)算：

p₁=p×(%V₁)

或　p₁=p×x₁

式中，p為氣體總壓力，%V1為氣體1的體積百分?jǐn)?shù)，x₁為氣體1的摩爾分?jǐn)?shù)。

例1　人的肺泡氣總壓力為101.325kPa，37℃時(shí)，它的組成用體積百分?jǐn)?shù)表示分別為：O₂為13.4%，CO₂為5.3%，N₂為75%，H₂O（蒸汽）為6.3%，試求各氣體在肺泡中的分壓。

解：p_o2=101.325kPa×13.4%=13.6kPa

p_CO2=101.325kPa×5.3%=5.4kPa

p_N2=101.325kPa×75%=76.0kPa

p_H2O=101.325kPa×6.3%=6.4kPa

(二)亨利定律

1803年亨利（Henry）從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出一條規(guī)律，其內(nèi)容是：“在一定溫度下，氣體溶解達(dá)到平衡時(shí)，氣體在液體中的溶解度和氣相中該氣體的分壓成正比。”這一規(guī)律稱(chēng)為亨利定律?？捎脭?shù)學(xué)式表示：

c=Kp　(1-1)

式中，c為氣體在液體中溶解度，一般是指1kg水中溶解氣體的質(zhì)量（克）；p為液面上氣體的平衡分壓；K為常數(shù)，是該氣-液體系的特征常數(shù)。

必須注意，亨利定律只適用于壓力不大（一般為202.3～303.9kPa）和溶解度很小的氣體。溫度越高或壓力越低，在稀溶液中應(yīng)用亨利定律能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。另外，亨利定律只適用于不與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，即溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)必須是相同的。

例2　在0℃，平衡壓力為303.9kPa。氧氣的溶解度為0.2085g/1000g水。求在同溫度、平衡壓力為202.6kPa下氧氣的溶解度。

解:由式(1-1)先求K值:

K=c/p=0.2085/303.9=0.000686(g/1000g水?kPa)

對(duì)于一定氣體和溶劑,在一定溫度下,K是一個(gè)常數(shù),與氣體的壓力無(wú)關(guān).在平衡壓力為202.6kPa時(shí)，將K值代入式（1-1），則得在水中溶解度為：

c=Kp=0.000686×202.6=0.139(g/1000g水)

亨利定律在醫(yī)學(xué)上有許多應(yīng)用實(shí)例。例如，使用麻醉氣體時(shí)，氣體的分壓越大，則它在血液中的溶解度就越大。高壓氧氣艙的壓力為202.6-253.25kPa,比常壓為大,因此溶于病人血液的氧氣就越多.利用亨利定律還可以解釋人在呼吸過(guò)程中O2和CO2的交換等。

（三）氣體吸收系數(shù)

由于氣體的體積比質(zhì)量容易測(cè)定，所以氣體的溶解度以溶解氣體的體積表示比較方便。為了表示各種氣體在不同溫度和分壓下的溶解度，規(guī)定將不同狀態(tài)下所溶解氣體的體積，均換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)。

氣體吸收系數(shù)（a）是指在一定溫度下，1體積的液體在該氣體分壓為101.3kPa下,所能溶解氣體的體積.氣體體積如果不是標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃,101.3kPa),一般要換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況.如在20℃和氫氣分壓為101.3kPa下,1L水能溶解氫氣0.0195L.根據(jù)查理(Charles J.A.C.)定律可將其換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積:

0.0195L×273K/(273+20)K=0.0182(L)

0.0182即是在20℃時(shí)，101.3kPa下,氫氣在水中的吸收系數(shù)。

與醫(yī)學(xué)有關(guān)的氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)列于表1-2。

表1-2　37℃時(shí)氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)

氣體	在水中的吸收系數(shù)	在血漿中的吸收系數(shù)
O2	0.0239	0.0214
CO2	0.567	0.515
N2	0.0123	0.0118

從表1-2可以看出,當(dāng)水中含有其他雜質(zhì)時(shí),氣體的溶解度減少,尤其是有鹽類(lèi)存在時(shí).由于鹽類(lèi)離子與水分子形成水合離子,這時(shí)影響則更大.血漿中含有鹽類(lèi)和蛋白質(zhì)等,故氣體在血漿中的溶解度比在水中要小.

利用表1-2的吸收系數(shù),根據(jù)肺泡中O₂,CO₂,N₂的分壓,就能算出它們?nèi)芙庠谘獫{中的體積百分?jǐn)?shù).

已知肺泡氣體中Po₂=13.6kPa,Pco₂=5.3kPa.P_N2=76.0kPa.因此,100mL血漿中所溶解的三種氣體的體積百分?jǐn)?shù)為：

O₂%=0.0214×13.6/101.3×100=0.287(mL/100mL血漿)

CO₂%=0.515×5.3/101.3×100=2.69(mL/100mL血漿)

N₂%=0.0118×76/101.3×100=0.885(mL/100mL血漿)

三、液體在液體中的溶解度

一種液體在另一種液體中的溶解有三種情況：第一種是兩種液體完全互溶，如乙醇與水、甘油與水等。第二種是兩種液體部分互溶，如乙醚與水等。第三種是兩種液體完全不溶，如苯與水、四氯化碳與水等。

將兩種互不混溶的液體放在同一容器中，就會(huì)分成兩相，密度大的一相的在下層，密度小的一相在上層。在一定溫度下，一種溶質(zhì)在相互接觸的兩種互不混溶的溶劑中，溶解達(dá)平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相中的濃度比是一個(gè)常數(shù)，這一定律稱(chēng)為分配定律?？杀硎救缦率剑?/p>

CA/CB=K　(1-2)

式中CA、CB分別表示溶質(zhì)在溶劑A、B中的濃度；常數(shù)K稱(chēng)為分配系數(shù)，它與溶質(zhì)和溶劑的本性、溫度及壓力有關(guān)。

例如，將水和四氯化碳放在一起，加入少量碘，碘微溶于水、溶于四氯化碳。

在這兩種液體中的溶解度差別很大。當(dāng)溫度一定時(shí)，水中碘的濃度與四氯化碳中碘的濃度比是一個(gè)常數(shù)。表1-3是碘在四氯化碳和水中分配情況。

CB（I2在CCl4中）/mol.L-1	CA(I2在H2O中)/mol.L-1	CA/CB=K
0.02	0.00023	0.0115
0.04	0.00046	0.0115
0.06	0.000702	0.0117
0.08	0.000928	0.0116

根據(jù)分配定律的原理，利用同一溶質(zhì)在互不混溶的兩種溶劑中溶解度的差別，可以選取適當(dāng)溶劑，從另一溶液中將溶質(zhì)提取出來(lái)。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為萃取。

萃取是一種有效的提純、分離技術(shù)。為了充分使用一定量的萃取劑以提高萃取效率，采取每次少量，多次萃取的方法，要比一次用完萃取的效果好得多。反復(fù)多次萃取，萃取就可接近完全。

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