溶剂化涉及不同类型的分子间相互作用：氢键、离子-偶极相互作用和范德华力（包括偶极-偶极、偶极-诱导偶极和诱导偶极-诱导偶极相互作用）。哪种力起作用取决于溶剂和溶质的分子结构和性质。溶剂和溶质之间这些性质的相似性或互补性决定了溶质被特定溶剂溶剂化的程度。
溶剂的极性是决定其溶剂化特定溶质的最重要因素。极性溶剂有分子偶极子，这意味着部分溶剂分子比另一部分分子有更多的电子密度。电子密度较大的部分将带有部分负电荷，而电子密度较小的部分将带有部分正电荷。极性溶剂分子可以溶解极性溶质和离子，因为它们可以通过静电吸引将分子中适当的部分带电部分朝向溶质。这能够稳定整个体系，并在每个溶质颗粒周围形成一个溶剂化壳层（溶剂为水时形成水化壳层）。溶质颗粒附近的溶剂分子的有序度通常与其他溶剂的排列顺序不同，这种不同有序度的溶剂分子区域被称为“群聚区”。[6] 水是最常见和研究最深入的极性溶剂，但也有其他常见的非极性溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、乙腈和二甲基亚砜。极性溶剂通常被发现具有高介电常数，尽管也使用其他溶剂标度来分类溶剂极性。极性溶剂可用于溶解无机或离子化合物，如盐类。溶液的电导率取决于其离子的溶剂化。非极性溶剂不能溶解离子，离子会以离子对的形式出现。
溶剂分子和溶质分子之间的氢键作用取决于各自接受氢键、贡献氢键或两者兼有的能力。能贡献氢键的溶剂称为质子溶剂，而不含氢原子极化键且不能贡献氢键的溶剂称为非质子溶剂。氢键供体能力按等级（α）分类。[7] 质子溶剂可以溶解能够接受氢键的溶质。类似地，可以接受氢键的溶剂可以溶解氢键供体溶质。溶剂的氢键受体能力按等级（β）分类。[8] 水等溶剂既能提供又能接受氢键，使它们在溶解能提供或接受 （或两者兼有） 氢键的溶质方面表现出色。
一些化合物经历溶剂化变色，这是由于溶剂极性导致的颜色变化。这种现象说明了不同的溶剂如何与相同的溶质发生不同的相互作用。其他溶剂效应包括构象或异构偏好以及溶质酸度的变化。
只有当溶液的总吉布斯能比分离的溶剂和固体（或气体或液体）的吉布斯能更低时，溶剂化过程才会在热力学上有利。这意味着焓变减去熵（乘以绝对温度）是负值，或者系统的吉布斯能减小。然而，重要的是，负吉布斯能表示自发过程，但不提供溶解速率的信息。
溶剂化涉及多个具有不同能量结果的步骤。首先，必须在溶剂中形成一个空腔，为溶质留出空间。这在熵和焓上都是不利的，因为溶剂有序性增加，溶剂-溶剂相互作用减少。溶剂分子之间相互作用越强，对空穴形成越不利。其次，溶质颗粒必须从主体中分离出来。这是焓不利的，因为溶质-溶质相互作用减少，但是当溶质颗粒进入空腔时，产生的溶剂-溶质相互作用是焓有利的。最后，当溶质与溶剂混合时，熵增加。[6]
溶解焓是溶液的焓减去独立系统的焓，而熵是熵的相应差值。大多数气体溶解焓都是负的。负的溶解焓意味着溶质在高温下溶解度较低。在这些步骤中焓和熵变化的总和称为溶剂化能。
溶剂化焓有助于解释为什么溶剂化发生在一些离子晶格中，而不发生在另一些离子晶格中。从晶格中释放离子所需的能量与离子与溶剂分子结合时释放的能量之差称为溶液的焓变。溶液焓变为负值代表着离子可能会溶解，而较高的正值意味着溶剂化不会发生。即使离子的焓值为正，它也有可能溶解。所需的额外能量来自离子溶解时熵的增加。熵的引入使得仅凭计算很难确定一种物质是否会溶解。溶剂溶解能力的定量测量由供体数给出。[9]
虽然早期认为阳离子的离子电荷与离子半径或电荷密度的比率越高，溶剂化程度越高，但这并不适用于铁（III）、镧系元素和锕系元素等离子的仔细检查，因为它们容易水解形成不溶性（水合）氧化物。由于这些是固体，很明显它们没有溶剂化。
强溶剂-溶质相互作用使溶剂化过程更加有利。比较溶质在不同溶剂中溶解的有利程度的一种方法是考虑迁移自由能。迁移自由能量化了溶质在两种不同溶剂中稀溶液之间的自由能差。该值本质上允许溶剂化能量的比较，而不包括溶质-溶质相互作用。[6]
一般来说，溶液的热力学分析是通过将它们模拟成反应来完成的。例如，如果你把氯化钠加入水中，盐会分解成钠离子（+aq）和氯化物（-aq）。这个解离的平衡常数可以通过反应吉布斯能量的变化来预测。
玻恩方程用于估计气态离子溶剂化的吉布斯自由能。
溶剂化（特别是水合作用）对许多生物结构和过程很重要。例如，离子和/或带电大分子（如脱氧核糖核酸和蛋白质）在水溶液中的溶剂化会影响可能负责生物功能的异质装体的形成。[11] 再比如，蛋白质折叠是自发进行的，部分原因是蛋白质和周围水分子之间的相互作用发生了有利的变化。折叠蛋白质相对于展开状态稳定在5-10千卡/摩尔，这是由于在折叠蛋白质结构中溶剂化和更强的分子内相互作用（包括氢键）的结合。[12] 通过将疏水侧链埋在折叠蛋白质的中心使暴露在水中的疏水侧链的数量减至最少，这是与溶剂化相关的一种驱动力。
溶剂化也影响主客体络合。许多宿主分子有一个疏水孔，可以很容易地包裹住疏水客体。这些相互作用可用于药物递送等应用中，使得疏水性药物分子可在生物系统中传递，而无需共价修饰药物使其溶解。主客体复合物的结合常数取决于溶剂的极性。[13]
^M. Adreev; J. de Pable; A. Chremos; J. F. Douglas (2018). "Influence of Ion Solvation on the Properties of Electrolyte Solutions". J. Phys. Chem. B. 122 (14): 4029–4034. doi:10.1021/acs.jpcb.8b00518. PMID 29611710..
^Cambell, Neil (2006). Chemistry - California Edition. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. p. 734. ISBN 978-0-13-201304-8..
^Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, p. 823, ISBN 0080379419CS1 maint: Multiple names: authors list (link).
^（英文）国际纯粹与应用化学联合会．"solvation"．《化学术语总目录》在线版．.
^Solubility – Common Measuring Units.
^Eric V. Anslyn; Dennis A. Dougherty (2006). Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books. ISBN 978-1-891389-31-3..
^Taft, R. W. & Kamlet, M. J. "The solvatochromic comparison method. 2. The .alpha.-scale of solvent hydrogen-bond donor (HBD) acidities" J. Am. Chem. Soc., 1976, 98 (10), pp 2886–2894.
^Taft, R. W. & Kamlet, M. J. "The solvatochromic comparison method. 1. The .beta.-scale of solvent hydrogen-bond acceptor (HBA) basicities" J. Am. Chem. Soc., 1976, 98 (2), pp 377-383.
^V. Gutmann (1976). "Solvent effects on the reactivities of organometallic compounds". Coord. Chem. Rev. 18 (2): 225. doi:10.1016/S0010-8545(00)82045-7.
^M. Adreev; A. Chremos; J. de Pablo; J. F. Douglas (2017). "Coarse-Grained Model of the Dynamics of Electrolyte Solutions". J. Phys. Chem. B. 121 (34): 8195–8202. doi:10.1021/acs.jpcb.7b04297. PMID 28816050..
^A. Chremos; J. F. Douglas (2018). "Polyelectrolyte association and solvation". J. Chem. Phys. Chem. 149 (16): 163305. doi:10.1063/1.5030530. PMC 6217855. PMID 30384680..
^Pace CN, Shirley BA, McNutt M, Gajiwala K (January 1996). "Forces contributing to the conformational stability of proteins". FASEB Journal. 10 (1): 75–83. PubMed.
^Steed, J. W. and Atwood, J. L. (2013) Supramolecular Chemistry. 2nd ed. Wiley. ISBN 1118681509, 9781118681503..
^Alireza Mashaghi et al., Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) doi:10.1063/1.3694280.
^Mischa Bonn et al., Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J Phys Chem, 2012 doi:10.1021/jp302478a.
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