液体の混ざりやすさについて

質問

２種類の液体を容器に入れたとき，均一に混ざるか２相に分離しますが，この違いを決めている主な性質は何なのでしょうか．
一般に，極性溶媒と非極性溶媒の組合せは分離しますが，クロロホルムと水やニトロベンゼンと水のようにどちらも極性溶媒の場合でも分離するみたいです．その理由が分かりません．
その方が安定だからと言われればそれまでですが，何か分かりやすい説明をよろしくお願いします．

回答No.3

noname#62864 · ベストアンサー

No.2です。
溶かしやすい要因だけではなく、逆に、溶かしにくくする要因もあると思います。
たとえば、炭化水素基は水溶性を低下させる要因になりますので、酢酸エチルにおいてはエチル基とメチル基のために水に溶けにくくなっているのだと思います。炭素数の少ない酢酸メチルは水に溶けますし、ギ酸エチルもかなり溶けるようです。
また、塩素の場合には、塩素原子自体がかなり大きい原子であり、その上に大きな電荷が存在することは少ないでしょうから、塩素が水溶性を低下させる原因になる可能性もあると思います。

それと極性に関しては、分子全体の極性だけではなく、個々の結合の極性が重要であるように思います。それらは、分子の双極子モーメントからはわかりませんので、個々の結合における電気陰性度の差などから判断せざるを得ないと思います。
水との相性で言えば、繰り返しになりますが、水素結合の有無が重要で、そのことは相手原子における、O,Nの有無に直結すると思います。

界面張力に関してはよくわかりませんが、それが同種あるいは類似の分子間の親和力のようなものであると解釈すれば、均一に溶解することによる、その親和力の消失と、溶解によるエントロピーの増大ならびに新しい溶媒との親和力とを計りにかけた場合に、どちらに傾くかという話になるとおもいます。
それらの熱力学的な帰結が実際の溶解度ということになるでしょうから、均一に混ざることを阻害する要因として界面張力は重要であると思います。
ただ、この辺りの議論に関して自信はありませんので悪しからず。

お礼

回答ありがとうございます．お礼が遅れてすいません．
分子全体の極性だけではなく，局所的な結合の極性も重要．そういえば界面活性剤もそんな感じですね．
なんとなくイメージができてきました．もう少し混ざるという現象について考えてみます．

回答No.2

noname#62864

必ずしも極性の大小だけでは説明できない部分もあるとは思いますが、重要な要因であることは確かです。
水、アルコール、カルボン酸などのように水素結合を形成する可能性のある分子の場合には、その相手となりうるような、酸素および窒素の有無も重要であるように思います。

なお、私はクロロホルム、ニトロベンセンはさほど極性の大きい溶媒だとは思いません。何と比較するかにもよるでしょうが・・・

なお、溶ける相手を水に限定した場合、炭素数が３以下で、OまたはNをもつ分子の大部分が水に溶けるように思います。おそらくは、上述の水素結合が関係していると思います。炭素数が多くなると溶けにくくなりますが、OやNの数が多ければ溶けやすくなります。

お礼

回答ありがとうございます．
水素結合が関わってくると難しいですね．分子に窒素や酸素による極性があると水と混じりやすくなるイメージはあるのですが，酢酸エチルと水は混ざりにくいんですよね．エステル結合は極性が小さいかもしれませんが不思議です．
クロロホルムは分子の電気陰性度の大きいハロゲンで対称性がくずれているから極性が大きいと思ってました．永久双極子モーメントのリストを見つけられなかったので・・・．

最近，界面張力（液液界面）の勉強をしていて，界面張力も液の分離のしやすさと関係しているのではと思っています．こちらの方の意見もあればよろしくお願いします．

回答No.1

F-liszt

水とクロロホルムとの極性の差が大きいからではないですか。
アルコールを加えると解けますよね。
他にもいろいろな要素（考え方）がありますし。

お礼

回答ありがとうございます．
やはり極性の差が大きな原因なんですね．おおまかな目安でもあればいいのですが難しそうですね．アルコールを加えると溶けるのは不思議です．