化學原理啟迪423
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1.
如果說，水溶解氯化鈉的程序需要少量的能量，那麼，為什麼氯化鈉這麼容易在水中溶解？答案與溶解程序的亂度變化有關。
2.
再複習一次，預測一個反應是否為自發性，使用的方法是，研究反應的自由能變化：
ΔG＝ΔH－TΔS
3.
實驗顯示，NaCl(s)溶解於水中，可生成1.0M
NaCl，這個程序的標準自由能變化ΔG°是負的。（自由能的定義：拘束原子或分子維持現狀的力量，系統的自由能變化是負的，顯示自由能下降，代表物質在分解中）
4.
然而，前面的計算顯示，氯化鈉溶解於水的焓變化ΔH°soln是正數，因此反應應當是不利於氯化鈉溶解於水的。在這樣的情況下，氯化鈉溶解於水的亂度變化ΔS°必須是正數，並且數值要夠大，才能使標準自由能變化ΔG°是負數。（因為ΔG＝ΔH－TΔS）
5.
毫無意外地，氯化鈉溶解於水的程序，標準亂度變化ΔS°是正數。首先，氯化鈉組成物質被打散的亂度ΔS1，和溶劑水分散的亂度ΔS2，確實都是正數。因為在這二個反應步驟中，氯化鈉和水都變得更分散、亂度增加。
6.
氯離子Cl－和鈉離子Na+與水混合的第三步驟，亂度變化也是正數。因為溶質是隨機地分散在大量的溶劑裡。
7.
因此離子性/極性溶質，溶解於極性溶劑的程序，可歸納出以下的重點。因為氯化鈉溶解於水的焓變化ΔH°soln，包含大的正數因子與大的負數因子，所以，很難預測，離子性溶質溶解的焓變化ΔH°soln的正負號。
8.
不過，即使離子性溶質溶解的焓變化ΔH°soln是正數，數值通常也不會太大，很容易被溶解亂度ΔS°soln超越（亂度通常是大的正數）；
9.
整個反應程序，在各種力量作用之下，結果標準自由能變化ΔG°是負的，所以，氯化鈉丟進水中溶解的程序是自發性的。
10.
類似的邏輯可用來解釋，為什麼「非極性溶質」會溶解於「非極性溶劑」中。在這種條件下，溶質溶解生成溶液的焓變化ΔH°soln應當很小，因為過程中吸熱與放熱的數值差不多，所以，正的標準亂度變化ΔS°soln，將提供生成溶液程序必要的驅動能量。
11.
讓我們討論一個非自發性的程序：非極性溶質無法溶解於大量極性溶劑中。油輪大量外洩石油到海上，這些石油一定會浮在海面上，這是「非極性溶質無法溶解於大量極性溶劑中」最佳明證。
12.
非極性物質在極性溶劑中散開，其標準自由能變化ΔG°是正的，其背後的原因，探討如下。
13.
非極性溶質，溶解於極性溶劑，其標準焓變化ΔH°soln，預期為正的（吸熱），不利於溶解程序進行。
14.
徐弘毅注：物質有「物以類聚」的傾向，所以非極性溶質分子彼此緊密吸引，極性溶劑分子彼此緊密吸引，才是正常狀態；
並且由於極性物質與非極性物質會彼此互斥的關係，非極性溶質還會因為周遭極性溶劑的排斥力，而增強非極性溶質分子的內聚力，造成溶質更難打散；
所以，如果要打散溶質或溶劑（溶解），一定需要額外添加外力（例如劇烈攪拌或加熱）才行；這便是為什麼非極性溶質，溶解於極性溶劑，需要大量吸熱，標準焓變化ΔH°soln是正的。◆
15.
因為非極性溶質與極性溶劑互相吸引的焓變化ΔH3°，是整個溶解程序中，唯一的散熱步驟，然而，ΔH3°的數值卻非常小。
16.
徐弘毅注：2個分子鍵結成1個分子，分子數量變少，照理說參與反應的原子們進入更穩定的狀態，應當釋出一些熱能才對，
可是，因為這2個準備鍵結的分子，1個是極性物質，另1個是非極性物質，它們本來是不會互相吸引，因此過程中很多能量花費在對抗排斥上，這使得最後縱使2個分子鍵結成功了，釋出的熱能也非常得小，意思是，非極性溶質與極性溶劑互相吸引的焓變化ΔH3°，數值非常小。◆
17.
另一方面，溶解程序是增加亂度ΔS°soln，我們因此預期，標準亂度變化是正的，有利於溶解程序進行。
18.
徐弘毅注：如果非極性溶質能溶解於極性溶劑，這代表有外力加入，外力攪拌或加溫提高了亂度，破壞了「非極性溶質不能溶解於極性溶劑」的慣性；如果非極性溶質能溶解於極性溶劑的亂度，扣除外力的能量，結果應當是減少亂度，也就是亂度ΔS°soln是負的，並且是很大的負數值。◆
19.
因此，我們對非極性物質與極性物質不相容的解釋是，溶解程序的標準焓變化ΔH°soln的正數值，大於它的標準亂度變化ΔS°soln，所以最後得到一個正的「標準自由能變化ΔG°」，不利於溶解程序發生。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
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