溶劑化

溶劑化是無機化學當中有關溶液的一個專有辭彙。它表示溶劑分子結合溶質分子（廣義的分子，包括分子和離子）的變化過程。

基本介紹

• 中文名：溶劑化
• 概念：溶質被溶劑分子包圍的現象
• 結果：穩定和降低了離子的化學反應活性
• 本質：離子-偶極作用

概念

在溶液中，溶質被溶劑分子包圍的現象稱為溶劑化。

例如：氯化鈉在水溶液中，結構單元就是水化了的鈉離子（Na）和氯離子（Cl）,即氯化鈉被水溶劑化。

本質

一個極性溶劑分子帶有部分正電荷的正端和帶部分負電荷的負端。正離子與溶劑的負端，負離子與溶劑的正端相互吸引，稱為離子-偶極作用，也成為離子-偶極鍵。離子-偶極作用是溶劑化的本質，一個離子可形成多個離子-偶極鍵，結果離子被溶劑化，被溶劑分子包圍。

質子溶劑的溶劑化作用除了離子-偶極鍵作用外，往往還有氫鍵的作用。

結果

穩定了離子，降低了離子的化學反應活性。

例如：

質子溶劑不僅穩定正離子，還急劇地降低了負離子的反應活性，因為在質子溶劑中負離子的鹼性及親核性是相反的。

相較區別

溶劑化、溶解和溶解性的不同

由國際純粹與套用化學聯合會 (IUPAC)定義，溶劑化是指溶質和溶劑之間的互動作用，使溶質在溶液中穩定。根據在依溶劑中離子被溶劑分子環繞，或是形成複合體，可以用來表示溶劑的狀態。(參考solvaton shell)溶劑化的觀念，也可套用於不溶的物質，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性是不同的。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，溶解性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，而溶解性的單位為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。

互動作用

溶劑化與分子間的互動作用

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，如鹽類。

溶劑化牽涉到許多不同形式的分子間互動作用:氫鍵、離子偶極矩和范德華力和其他分子間作用力。氫鍵、離子偶極矩和分子間作用力，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自由能(Gibbs energy)降低時，比較溶劑和固體(或是氣體或液體)分離的Gibbs energy。這代表焓的改變數減熵的改變數(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振動的性質。

熱力學考量

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(為離子互相鑒結，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。

溶解熱可以幫助解釋為什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Gibb's 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。