ヒルデブランド溶解度パラメータ(δ)は、物質間の相互作用の度合いを数値的に推定する指標であり、特に多くのポリマーなどの非極性物質の溶解度を示す良い指標となります。δの値が類似している物質は混和性が高いと考えられます。
ヒルデブランド溶解度パラメータは、凝集エネルギー密度の平方根である。
凝集エネルギー密度は、単位体積の分子を隣接する分子から完全に分離して無限に離すのに必要なエネルギー量です(理想気体)。これは、化合物の蒸発熱を凝縮相でのモル体積で割った値に等しくなります。物質が溶解するためには、分子が互いに分離され、溶媒に囲まれるため、これらの相互作用を克服する必要があります。1936年、ジョエル・ヘンリー・ヒルデブランドは、凝集エネルギー密度の平方根を溶解挙動を示す数値として提案しました。[ 1 ] これは後に「ヒルデブランド溶解度パラメータ」として知られるようになりました。同様の溶解度パラメータを持つ物質は互いに相互作用することができ、その結果、溶媒和、混和性、または膨潤が生じます。
その主な利点は、ほとんどの物質で容易に得られる単一のパラメータに基づいて、相平衡を単純に予測できる点にある。これらの予測は、水素結合を持たない非極性系および弱極性系(双極子モーメントが2デバイ未満)において特に有用である。特に、ポリマーの溶媒による溶解度や膨潤を予測する際に広く用いられている。極性分子については、ハンセン溶解度パラメータなど、より複雑な三次元溶解度パラメータが提案されている。
溶解度パラメータアプローチの主な限界は、それが関連溶液(「似たものは似たものを溶かす」、つまり技術的に言えばラウールの法則からの正の偏差)にのみ適用される点です。溶媒和や電子供与体-受容体錯体の形成といった効果によって生じるラウールの法則からの負の偏差を説明することはできません。他の単純な予測理論と同様に、過信を招く可能性があり、予測を検証するためのデータを用いたスクリーニングに用いるのが最適です。
溶解度パラメータの慣用単位は (カロリー/ cm³ ) 1/2、または cal 1/2 cm −3/2です。SI単位は J 1/2 m −3/2で、パスカル1/2に相当します。1 カロリーは 4.184 J に相当します。
1 cal 1/2 cm −3/2 = (523/125 J) 1/2 (10 −2 m) −3/2 = (4.184 J) 1/2 (0.01 m) −3/2 = 2.045483 10 3 J 1/2 m −3/2 = 2.045483 (10 6 J/m 3 ) 1/2 = 2.045483 MPa 1/2。
δの使用は厳密なものではないため、MPa 1/2の値は cal 1/2 cm −3/2の値の約 2 倍であると述べるだけで十分な場合が多い。例えば古い書籍など、単位が明記されていない場合は、通常は非 SI 単位を仮定しても問題ない。
表から、ポリエチレンの溶解度パラメータは 7.9 cal 1/2 cm −3/2であることがわかります。ジエチルエーテルとヘキサンは良溶媒であると考えられます。(ただし、ポリエチレンは 100 °C をはるかに超える温度でしか溶解しません 。)ポリスチレンの溶解度パラメータは 9.1 cal 1/2 cm −3/2であり、酢酸エチルは良溶媒であると考えられます。 ナイロン 6,6 の溶解度パラメータは 13.7 cal 1/2 cm −3/2であり、表に示されている溶媒の中ではエタノールが最も良溶媒であると考えられます。ただし、エタノールは極性溶媒であるため、ヒルデブランド溶解度パラメータのみを使用して予測を行う際には、非常に注意する必要があります。
Barton, AFM (1991).溶解度パラメータおよびその他の凝集パラメータのハンドブック(第2 版)。CRC Press。
Barton, AFM (1990).高分子液体相互作用パラメータおよびその他の溶解度パラメータのハンドブック。CRC Press。