수용액에서의 반응

수용액의 일반적인 성질

 

용액은 두 가지 이상의 물질의 균일 혼합물이다. 이 물질 중 많은 양을 차지하는 성분을 용매라고 하고, 용액의 또 다른 물질을 용질이라고 한다. 이들은 용매에 녹는다. 예를 들면 적은 양의 염화 소듐을 많은 양의 물과 섞을 때 물은 용매, 염화 소듐은 용질이다.

 

전해질과 비전해질

어린 시절에 전기 감전 때문에 전기 기구를 목욕탕에 가져가면 안 된다는 것을 배웠을 것이다. 여러분이 일상생활에서 접하게 되는 대부분의 물은 전기적인 전도성이 있으므로 이것은 유용한 가르침이다. 그러나 순수한 물은 매우 약한 전도체이다. 목욕물의 전도도는 물 그자체가 아니라 물에 녹아있는 물질로부터 비롯된다. 

물에 녹아 있는 모든 물질이 용액의 전도성을 나타내는 것은 아니다. 어떤 용액은 다른 용액보다 전기를 잘 통하게 해준다. 예를 둘면 두 가지 수용액, 즉 식탁용 소금과 설탕을 각각 찻숟가락으로 한 스푼씩을 물 한 컵에 녹인다고 가정해 보자. 이 용액은 모두 투명하고 무색이다. 그러나 그들은 매우 다른 전기 전도도를 갖고 있다. 소금 용액은 좋은 전기 전도체이므로 전구에 불이 켜지는 것을 볼 수 있다. 용액이 전기 전도체인지 아닌지는 그림과 같은 장치를 이용하여 결정할 수 있다. 전구에 불이 켜지려면 전류는 반드시 용액에 잠겨 있는 두 전극 사이에 흘러야 한다. 순수한 물의 전도도는 전기 회로를 흘러 전구를 밝힐 만큼 큰값은 아니다. 그러나 용액에 이온이 존재하면 상황은 달라진다. 그 이유는 이온들이 전하를 한 전극에서 다른 전극으로 이동시켜 전류를 흐르게 하기 때문이다. 그러므로 NaCl 용액의 전도도는 용액 중에 이온이 존재함을 의미하고, 설탕 용액이 전도도가 없다는 것은 이온이 없음을 의미한다. 염화 소듐이 물에 녹으면 용액에는 나트륨 플러스 이온과 염소 마이너스 이온이 들어 있고, 이들 각각은 물 분자에 둘러싸인다.

설탕이 물에 녹으면 용액에는 물 분자에 둘러싸인 중성의 설탕 분자만 존재한다.

NaCl과 같이 수용액이 이온을 포함하는 물질을 전해질이라고 한다. 설탕과 같이 용액에서 이온을 생성하지 않는 물질은 비전해질이라고 한다. 

 

 

물에서 화합물의 용해

고체 NaCl은 규칙적으로 배열된 Na 과 Cl 이온으로 구성되었음을 상기하라. NaCl 이 물에 녹으면 각 이온은 고체 구조로부터 분리되어 용액 전체에 분산된다. 이온성 고체는 녹아 각 성분 이온으로 해리된다.

물은 이온 결합 화합물로서 매우 좋은 용매이다. 비록 물은 전기적으로 중성 분자이지만, 산소 원자는 전자가 풍부하여 부분 음전하를 가지며, 수소 원자는 부분 양전하를 가진다. 전하는 부분 전하를 의미하고, 부분 음전하는 델타 마이너스, 부분 양전하는 델타 플러스로 나타낸다. 양이온은 물의 음전하 끝에 끌리고, 음이온은 양전하 끝에 끌린다. 이온 결합 화합물이 녹으면 이온은 그림처럼 물 분자로 둘러싸인다. 이 과정을 용매화되었다. 라고 한다. 화학 반응 식에서는 용매화된 이온을 aq를 붙여 표현한다. 용매화로 인하여 용액 중 이온이 안정해지고, 양이온과 음이온의 재결합이 방지된다. 더 나아가서 이온과 둘러싼 물 분자층이 서로 자유롭게 움직이기 때문에 이온은 용액 전체에 균일하게 분산된다.

이온 결합 화합물의 용액에 존재하는 이온의 성질은 그 물질의 화학명으로부터 보통 예측할 수 있다. 예를 들면 황산 소듐은 소듐 이온과 황산 이온으로 해리된다. 수용액에 존재하는 이온 결합 화합물의 형태를 이해하려면 일반적인 이온의 전화와 화학식을 기억하는 것이 중요하다.

설탕이나 메탄올 같은 분자 화합물이 물에 녹으면 용액 전체에 분자들이 펴져 있다. 그러므로 대부분의 분자 화합물은 비전해질이다. 그러나 수용액 중 어떤 분자 물질들은 이온들을 포함한다. 이들 중 가장 중요한 것은 산이다. 예를 들면 HCl이 물에 녹아 염산을 생성할 때 용액에서 수소 이온과 염소 이온으로 이온화된다.

 

물에서의 용해

*염화 소듐과 같은 이온 결합 화합물이 물에 녹을 때 물 분자는 이온을 분리하고 둘러싸서 액체로 분산시킨다. 분자 화합물인 메탄올은 이온을 생성하지 않고 녹는다. 둘 모두에서 물 분자들이 떨어져 나가서 용질 입자들이 분명히 보인다.

 

참고) 일반화학 제 13판