溶劑化

溶劑化又称溶劑合、溶合作用，是指物质在溶剂中溶解時，溶剂分子与溶质分子或离子、原子间的相互结合，使溶质改变原来的状态、最终形成溶液的过程。赵克健主编,现代药学名词手册,中国医药科技出版社,2004.10,第638页
溶劑化、溶解和溶解度的不同
由國際純粹與應用化學聯合會 （IUPAC）定義IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, http://goldbook.iupac.org/S05747.html ，溶劑化是指溶質和溶劑之間的交互作用，使溶質在溶液中穩定。。溶劑化的觀念，也可應用於不溶的物質，例如，離子交換樹脂表面的官能基溶劑化。

在觀念上，溶劑化和溶解以及溶解度是不同的。溶解為化學動力學的過程，藉由其速率量化。當溶解率和沉澱率相等時，溶解度達到動態平衡的狀態。

藉由單位可以更了解三者之間的差異性。配位作用可透過配位數複雜的平衡常數來描述。溶解的單位為mol/s，而溶解度的單位為mol/kg。

溶劑化的不同，也在於液化伴隨著不可逆的化學改變。例如:鋅不可被鹽酸溶劑化，但它可藉由化學反應，形成可溶的氯化鋅鹽。

溶劑化與分子間的交互作用
極性溶劑為包含鍵偶極矩的分子結構。此種化合物通常具有很高的介電常數(又稱:相對電容率)。溶劑的這些極性分子可以溶劑化離子，因為他們可以使帶有部分電荷的分子朝向離子以回應靜電吸引。這種現象穩定了系統也創造出一溶劑殼結構（或是水溶液中形成水合結構）。水是最常見且最穩定的極性溶劑。但也有其他的溶劑，例如:乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亞碸、碳酸亞丙酯。這些溶劑可用來溶解非有機化合物，像是鹽類。

溶劑化牽涉到許多不同形式的分子間交互作用：氫鍵、離子偶極矩和分子間作用力或凡得瓦力。氫鍵、離子偶極矩，只會發生於極性溶劑。離子和離子間的作用力，只會發生於離子溶劑。偏向熱力學的溶劑化反應，只會發生於溶液的吉布斯能降低時，比較溶劑和固體（或是氣體或液體）分離的 Gibbs energy。這代表焓的改變量減熵的改變量（乘以絕對溫度）為負值，或是指系統的 Gibbs free energy 降低。

溶液的導電率和離子的溶劑化有關。水合反應也影響生物分子電子和震動的性質。Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp302478a 

熱力學方面的考量
對於溶劑化的發生，需要能量解開現存晶格中的個別離子及分子。對於打斷離子之間的吸引力這是非常重要的，等同於固體晶格的自由能(為離子互相鍵結，而形成晶格的能量釋放)。這個能量來自晶格的離子和溶劑中分子有關聯時所釋放的能量。這種形式的能量釋放稱為溶劑化的自由能。

溶液中的溶解熱為，溶液中的熱焓減掉分離系統的熱焓，而熵則是對應到不同的熵。大部分的氣體有負的溶解熱。而負的溶解熱代表溶質在高溫時不易溶解。

雖然早期的想法為，離子半徑越高比例的陽離子帶電，或是電荷密度，會造成較多的溶劑化反應產生。這種想法，對於像是三價的鐵或是鑭系元素和錒系元素，為較易快速行水合反應而形成不溶的水合氧化物的元素，是不符合的。作為固體，明顯的無法進行溶劑化反應。

600px|Solvation of a solute by solvent

溶解熱可以幫助解釋為甚麼有些離子晶格可以進行溶劑化反應，而有些不行。不同的能量對於一晶格離子之間的釋放與溶劑分子之間的結合，稱為溶解熱。溶液的熱焓如果為負，表示可能可溶解；而如果為正，則表示溶劑化不會發生。如果要使為正數的熱焓，發生溶劑化反應的話，就必須加入額外的能量，在離子分離時提高熵值。額外加入的熵，會使單獨計算物質是否溶解變得困難。溶劑的定量測量是藉由donor number所測。

一般來說，熱力學的溶液分析，是藉由反應作為標準來分析的。例如:如果加氯化鈉到水中，則此鹽類，會解離成鈉離子和氯離子。此解離的平衡方程式可以藉由改變反應的Gibbs free energy來預測。

Max Born已經寫出第一個離子化合物的溶劑化定量標準。

參見

配合物
飽和 (化學)
溶解度
溶解平衡
溶液
溶劑
過飽和

參考資料

外部連結
IUPAC 

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