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화학에는 용매로 매우 잘 작동하는 물질이 있습니다. 물은 기본적으로 많은 용질을 용해하는 범용 용매로 작용하기 때문에 두드러집니다. 실제로 물은 가장 흔한 원소이자 가장 많은 물질을 용해하는 원소입니다.
물이란 무엇인가요?
물(H2O)은 생명체의 생존에 필수적인 물질입니다. 물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 구성되어 있습니다. 자연에서는 액체 형태로 풍부하게 존재하지만 얼음과 눈과 같은 고체 형태 또는 수증기와 같은 기체 형태로도 존재할 수 있습니다.
물은 무색무취라는 특징이 있습니다. 전 세계 물의 97%는 바다와 대양의 물과 같이 짠 물입니다. 나머지는 담수이며 대수층, 영구 동토층, 호수, 강, 토양 수분, 대기 수증기 및 생물체에서 발견됩니다. 대부분의 물은 빙하와 만년설에도 존재합니다.
물은 또한 고체, 액체, 기체 등 다양한 상태를 통과하는 ‘수문학적 순환’이라는 과정을 거칩니다.
물은 자연 생태계, 기후 조절 및 인간 활동에 매우 중요합니다. 또한 대부분의 유기체의 80%를 구성하여 장기와 조직이 기능하고 다른 중요한 과정을 수행할 수 있도록 합니다.
이러한 특성 외에도 물은 자연적이고 보편적인 용매로 간주됩니다. 이 진술을 더 잘 이해하려면 용매의 정의와 특성을 이해할 필요가 있습니다.
솔벤트란 무엇인가요?
용매는 용질을 녹여 용액을 형성할 수 있는 물질을 말합니다. 일반적으로 용매는 용액에서 가장 풍부한 성분입니다.
용제는 접착제, 페인트, 합성 재료 생산은 물론 제약, 세척 및 기타 제품 생산에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다.
용매의 정의를 고려할 때 범용 용매는 다른 물질을 용해할 수 있는 물질이라고 할 수 있습니다. 그러나 다른 모든 물질을 녹일 수 있는 물질은 존재하지 않으므로 진정한 범용 용매는 존재하지 않습니다. 반면에 여러 가지 유사한 물질을 용해할 수 있는 물질이 있습니다. 예를 들어 용매가 극성인 경우 다른 극성 용질은 잘 녹이지만 지방이나 오일과 같은 비극성 용질은 녹이지 않습니다. 반대로 용매가 비극성인 경우 비극성 용질은 잘 용해하지만 극성 용질은 용해하지 못합니다.
물이 ‘범용 용매’로 간주되는 이유는 무엇인가요?
만능 용매라는 것은 없지만, 물은 가장 일반적인 용매일 뿐만 아니라 알려진 다른 어떤 원소보다 많은 물질을 용해하기 때문에 만능 용매라고 불립니다. 극성 용매인 물은 유기 화합물과 무기 화합물, 이온성 또는 중성 화합물을 모두 용해할 수 있습니다.
물을 훌륭한 용매로 만드는 특성은 분자의 극성과 수소 결합을 형성하는 능력입니다. 각 물 분자의 수소 쪽은 약간 양의 전하를 띠고 산소 쪽은 약간 음의 전하를 띠고 있습니다.
이를 통해 물은 이온 화합물을 양이온과 음이온으로 해리할 수 있습니다. 산소 쪽은 이온 화합물의 양이온을 끌어당기고 양수소 쪽은 음이온을 끌어당깁니다.
화합물이 물에 용해되는 이유는 무엇인가요?
분자 또는 이온의 용해도는 물 분자와 상호 작용하는 능력에 따라 달라집니다. 즉, 용매 분자와 용질 사이의 힘의 균형에 의해 결정됩니다. 온도와 압력도 물질의 용해도에 영향을 미칩니다.
물에 녹는 물질의 예
소금이 물에 녹는 이유
물에 녹는 화합물의 가장 일반적인 예 중 하나는 소금입니다. 특히 우리가 집에서 요리에 사용하는 소금인 식탁용 소금이 대표적입니다. 화학에서는 이 화합물을 염화나트륨(NaCl)이라고 합니다.
위에서 언급했듯이 용해도는 물과 용질의 극성에 따라 달라집니다. 이 경우 나트륨 부분(Na)은 양전하를 띠고 염소 부분(Cl)은 음전하를 띠며 두 이온은 이온 결합으로 연결되어 있습니다.
반면에 물을 구성하는 수소(H)와 산소(O)는 공유 결합으로 서로 연결되어 있습니다. 마찬가지로 다른 물 분자의 수소와 산소 원자도 수소 결합으로 연결되어 있습니다.
소금이 물과 혼합되면 두 화합물의 이온 사이에 서로 다른 인력이 발생합니다. 음전하를 띤 산소 음이온은 나트륨 이온에 가깝고, 양전하를 띤 수소 양이온은 음전하를 띤 염화물 이온에 가깝습니다.
이온 결합은 강하지만 물 분자의 극성 효과는 나트륨과 염소 원자를 분리하기에 충분합니다. 소금이 분리되면 이온이 고르게 분산되어 균일한 용액이 만들어집니다.
그러나 소금을 너무 많이 섞으면 완전히 녹지 않습니다. 혼합물에 나트륨과 염소 이온이 너무 많을 때까지 용해가 일어납니다. 이 경우 물 분자의 힘만으로는 이온을 분리하기에 충분하지 않습니다. 그러나 온도를 높이면 입자의 운동 에너지가 증가하여 더 많은 소금이 물에 용해될 수 있습니다.
물에 용해되는 기타 물질
물에 용해되는 화합물에는 다음과 같은 것도 포함됩니다:
- 강산과 약산 및 염기
- 일부 산성 및 염기성 산화물
- 염화수소(HCL) 또는 이산화탄소(CO2)와 같은 극성 가스.
- 알코올
- 카르복실산
- 페놀, 아민 및 아미드
물에 녹지 않는 물질의 예
위에서 언급했듯이 물은 극성 물질을 쉽게 녹일 수 있습니다. 그러나 극성이 없거나 전자의 분포가 균등하지 않은 물질, 즉 무극성 물질은 물에 녹지 않습니다.
무극성 화합물의 경우 전자를 고르게 공유하며 물 분자와 잘 상호작용하지 않습니다. 물에 녹지 않는 물질에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
- 오일
- 지방
- 왁스
- 오일
- 가솔린
- 에테르
- 아세톤
- 메탄(CH4)과 같은 일부 가스
- 비타민 A, E, D와 같은 불용성 비타민
참고 문헌
- Chang, R. 화학. (2020). 스페인. 맥그로힐.
- 도넬리, B. 유기 화학. (2020, 오디오북). Audible. 노던 프레스.
- 오돈, S. 물 : 화학 우주의 중심 (2021). 아르헨티나. 아르헨티나 편집자.
- 칸 아카데미. 물의 용매 특성. https://es.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/hydrogen-bonding-in-water/a/water-as-a-solvent.
