용해도와 용해도 규칙

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용해도와 용해도 규칙을 나타내는 비커 아이콘과 제목

물에 녹는 성질인 수용성과 불용성, 침전 반응, 온도에 따른 용해도와 불포화·포화·과포화 용액 및 수용성 화합물의 용해도 규칙을 설명합니다.
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물음표가 있는 플라스크와 ‘다양한 농도’ 텍스트 아이콘 양이온과 음이온이 그려진 전해질 아이콘 헨리 법칙을 나타내는 기체와 액체 아이콘

가용성과 불용성

가용성은 특정 용매에 녹는 성질이고,
불용성은 특정 용매에 녹지 않는 성질이다.

수용성과 비수용성

용매가 물인 경우로, 수용성은 물에 녹는 성질이고,
비수용성은 물에 녹지 않는 성질이다.

수용성 물질과 비수용성 물질의 물속 입자 분포 비교 그림

침전 반응

두 가지 이상의 가용성 물질이 섞여 불용성 고체 생성물인 침전물이 만들어지는 반응이다.

가용성 물질과 용질이 용매에 분산되는 모습을 나타낸 모식도

용해도

어떤 온도에서 용매 100 g100\,\mathrm{g}에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g\mathrm{g} 수이다.
단위는 주로 g/100 g\mathrm{g}/100\,\mathrm{g}을 사용한다.

일반적으로 고체 물질의 용해도는 온도가 높을수록 증가한다.

그림은 고체 물질인 질산 나트륨(NaNO3)(\mathrm{NaNO_{3}}), 질산 칼륨(KNO3)(\mathrm{KNO_{3}}), 황산 구리(II)(CuSO4)(\mathrm{II})(\mathrm{CuSO_{4}}), 염화 칼륨(KCl)(\mathrm{KCl})의 온도에 따른 물에 대한 용해도를 나타낸 것이다.

온도에 따른 NaNO₃, KNO₃, KCl, CuSO₄ 용해도 곡선 그래프

용해도에 따른 용액의 구분

용질의 녹은 양과 용해도에 따라 불포화 용액, 포화 용액, 과포화 용액으로 분류할 수 있다.

불포화 용액

용질이 용해도보다 적게 녹아 있는 용액이다.

포화 용액

용질이 용해도만큼 녹아 있는 용액이다.

과포화 용액

용질이 용해도보다 많이 녹아 있는 용액이다.
포화 용액을 천천히 식히는 것과 같은 특정 조건에서 만들어지며, 불안정하여 작은 충격에도 용질이 침전될 수 있다.

용해도 규칙

상온(25 ∘C)(25\,^{\circ}\mathrm{C})에서 화합물이 수용성인지 비수용성인지 예상할 수 있게 해주는 규칙이다.

수용성 화합물의 용해도 규칙

수용성 화합물 예외(아래 이온과는 침전물을 형성함)
$\mathrm{Li}^{+}$, $\mathrm{Na}^{+}$, $\mathrm{K}^{+}$, $\mathrm{Rb}^{+}$, $\mathrm{Cs}^{+}$
($1$족 양이온)		 -
$\mathrm{NH_{4}}^{+}$
(암모늄 이온)		 -
$\mathrm{CH_{3}COO}^{-}$
(아세트산 이온) 		-
$\mathrm{NO_{3}}^{-}$
(질산 이온) 		-
$\mathrm{ClO_{4}}^{-}$
(과염소산 이온)		 -
$\mathrm{Cl}^{-}$, $\mathrm{Br}^{-}$, $\mathrm{I}^{-}$
(할로젠화 이온)		 $\mathrm{Ag}^{+}$, $\mathrm{Hg_{2}}^{2+}$, $\mathrm{Pb}^{2+}$
$\mathrm{SO_{4}}^{2-}$
(황산 이온)		 $\mathrm{Ag}^{+}$, $\mathrm{Hg_{2}}^{2+}$, $\mathrm{Pb}^{2+}$, $\mathrm{Ca}^{2+}$, $\mathrm{Sr}^{2+}$, $\mathrm{Ba}^{2+}$

비수용성 화합물의 용해도 규칙

비수용성 화합물 예외(아래 이온과는 침전물을 형성하지 않음)
$\mathrm{CO_{3}}^{2-}$
(탄산 이온)		 $1$족 양이온, $\mathrm{NH_{4}}^{+}$
$\mathrm{PO_{4}}^{3-}$
(인산 이온)		 $1$족 양이온, $\mathrm{NH_{4}}^{+}$
$\mathrm{S}^{2-}$
(황화 이온)		 $1$족 양이온, $\mathrm{NH_{4}}^{+}$, $\mathrm{Ca}^{2+}$, $\mathrm{Sr}^{2+}$, $\mathrm{Ba}^{2+}$
$\mathrm{OH}^{-}$
(수산화 이온)		 $1$족 양이온, $\mathrm{NH_{4}}^{+}$, $\mathrm{Ca}^{2+}$, $\mathrm{Sr}^{2+}$, $\mathrm{Ba}^{2+}$

용해도 규칙 예시

그림과 같이 25 ∘C25\,^{\circ}\mathrm{C}에서 1 M1\,\mathrm{M}의 AgNO3(aq)\mathrm{AgNO_{3}}(aq)와 1 M1\,\mathrm{M}의 NaCl(aq)\mathrm{NaCl}(aq)을 섞었을 때 침전물이 형성되는지 확인해보자.

AgNO₃ 수용액과 NaCl 수용액을 섞어 생성물을 묻는 반응 모식도

AgNO3\mathrm{AgNO_{3}}는 Ag+\mathrm{Ag}^{+}와 NO3−\mathrm{NO_{3}}^{-}로, NaCl\mathrm{NaCl}은 Na+\mathrm{Na}^{+}와 Cl−\mathrm{Cl}^{-}로 이루어져 있다.

NO3−\mathrm{NO_{3}}^{-}와 Na+\mathrm{Na}^{+}는 수용성이며 예외는 없으므로 침전물을 형성하지 않는다.

Cl−\mathrm{Cl}^{-}도 일반적으로 수용성이지만 예외로 Ag+\mathrm{Ag}^{+}와 침전물을 형성하므로 아래 그림과 같이 AgCl(s)\mathrm{AgCl}(s)의 침전물이 형성된다.

AgNO₃ 수용액과 NaCl 수용액의 혼합으로 AgCl 고체가 생성되는 침전 반응 그림

적용 문항

1번 문항


KNO₃ 용해도 곡선과 A·B 지점, 보기 및 선택지가 제시된 화학 문제

2번 문항


세 수용액 혼합 후 생성된 침전의 화학식을 묻는 용해도 규칙 문제