化学自习室移动版

【导读】乙醇、乙醛、乙酸可与水以任意比例互溶；二甲醚溶解度约1.5mol/L(RT)，不能与水互溶，且随温度升高而降低。这些溶解度差异的核心原因是分子能否与水形成强有力的氢键。

如果乙醇、乙醛、乙酸像是很会社交的人，它们有办法(形成强氢键)与水分子“打成一片”。那么二甲醚则像是一个不太会主动社交的人，它只能被动地接受别人的邀请(作为氢键受体)，自己却不主动(不能作为氢键供体)，而且它还带了两个“不合群”的同伴(疏水-CH₃)。所以它只能有限的参与活动，多了就会自己聚在一起，无法完全融入

一、乙醇、乙醛、乙酸为什么能与水互溶？

都能与H₂O形成氢键“手拉手”而互溶。

三者均能与水互溶，核心原因是分子中含可与水分子形成氢键的极性基团，且分子极性相对较强，符合“相似相溶”原理。

C₂H₅OH含-OH，可与水分子的-OH形成强氢键，氢键作用远大于-C₂H₅的疏水作用。

CH₃CHO含-CHO，氧原子有孤对电子，可与水分子的H形成氢键，且分子极性强，能与水充分混合。

CH₃COOH含-COOH，羟基的H和羰基上的O均可与水分子形成氢键，氢键作用极强，且羧基极性远大于-CH₃的疏水作用。乙酸可以在水中电离出H⁺，与水发生强烈的酸碱相互作用，这进一步增强了其水溶性。

二、二甲醚CH₃OCH₃为什么不能与水互溶？

1.极性失配：甲醚分子极性不足，无法与水分子形成高效的极性相互作用。

由相似相溶原理可知互溶的前提是“溶质与溶剂的极性高度匹配”。

水分子O-H键的极性很强，偶极矩1.85D；水分子间通过强氢键可以形成稳定的“氢键网络”，溶解其他物质时，需要溶质分子的极性足以打破这一网络并嵌入其中。

二甲醚含极性C-O-C键，偶极矩约1.30D，整体极性远弱于水；其分子为对称的“醚键两端连甲基”结构CH₃-O-CH₃，非极性-CH₃“稀释”醚键的极性，分子整体极性仅为水的约70%，无法高效与水分子形成极性吸引，难以稳定嵌入水的氢键网络。

2.氢键作用“低效且单向”：无法形成稳定的双向氢键

二甲醚能溶于水，但不互溶，依赖于其与水分子的弱氢键作用，但这种作用存在本质缺陷。

氢键的形成需要“氢键供体”(O-H、N-H等极性键能提供带部分正电的H)和“氢键受体”(O、N等电负性原子接受H)；

水分子O-H键的H是氢键供体，O原子有孤对电子也是氢键受体，可形成水分子间的双向氢键网络。

二甲醚的醚键O原子有孤对电子能作为氢键受体(与水分子H形成O-H…O氢键)，但分子中无O-H键无法作为氢键供体，不能提供带部分正电的H与水分子的O形成氢键；

“水分子→二甲醚”提供氢键的这种“单向氢键”的作用强度远低于水分子间氢键，且无法形成“二甲醚-水分子”的双向稳定氢键网络，导致二甲醚分子难以被水“稳定包裹”，只能部分溶解而非无限互溶。

3.非极性甲基的“疏水排斥”：限制溶解上限

二甲醚中两个-CH₃是典型的疏水基团，会产生“疏水效应”。

当二甲醚分子进入水的氢键网络时，非极性的-CH₃迫使周围水分子形成“有序的溶剂化层”，水分子围绕-CH₃排列，以减少与疏水基团的接触，这一过程导致体系△S熵减，热力学不利；

少量二甲醚溶解时，疏水效应的影响可被“二甲醚与水分子的氢键作用”抵消；但当二甲醚浓度升高到一定程度的上限时，大量-CH₃的疏水排斥会叠加，水分子无法再为更多二甲醚分子提供稳定的溶剂化环境，多余的二甲醚分子会因“疏水聚集”而与水分层，无法继续溶解，最终无法互溶。