용해 과정

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용해 과정 아이콘과 ‘용해 과정’ 제목

고르게 섞임 여부와 입자 크기에 따른 혼합물의 구분, 용해 엔탈피와 용해 과정의 변화, 용해가 잘 일어나는 조건 및 용매화와 수화를 설명합니다.

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두 분자 사이의 점선 상호작용을 나타낸 분자 간 힘 아이콘 헤스의 법칙을 나타내는 화학 아이콘 라울 법칙을 나타내는 압력계와 용액 아이콘

고르게 섞임 여부에 따른 혼합물의 구분

고르게 섞임 여부에 따라 혼합물은 균일 혼합물과 불균일 혼합물로 구분할 수 있다.

균일 혼합물

물질들이 입자 수준까지 분리되어 고르게(균일하게) 섞여 있는 혼합물이다.

불균일 혼합물

물질들이 균일하게 섞여 있지 않거나 물과 기름처럼 서로 분리된 상태로 존재하는 혼합물이다.


균일 혼합물과 불균일 혼합물의 입자 배열 비교 그림

입자의 크기에 따른 혼합물의 구분

입자의 크기에 따라 혼합물은 용액, 콜로이드, 현탁액으로 구분할 수 있다.


입자 크기에 따른 용액·콜로이드·현탁액의 비교 도식

용액

설탕물이나 소금물과 같이 지름이 1 nm1\,\mathrm{nm} 미만인 입자로 구성된 균일 혼합물이다.

콜로이드

우유와 같이 지름이 1 nm∼1000 nm1\,\mathrm{nm}\sim1000\,\mathrm{nm}인 입자로 구성된 불균일 혼합물이다.

현탁액

흙탕물과 같이 지름이 1000 nm1000\,\mathrm{nm} 초과인 입자로 구성된 불균일 혼합물이다.

용해 엔탈피

어떤 용질 1 mol1\,\mathrm{mol}이 용해될 때의 엔탈피 변화이다.
기호로 ΔH용해\Delta H_{\text{용해}}로 나타내고, 단위는 주로 kJ/mol\mathrm{kJ/mol}을 사용한다.

용해 과정

용해 과정은 아래 세 과정으로 나누어 설명할 수 있다:
1.1. 에너지를 흡수하여 용매 입자 간 끌어당기는 힘을 끊는 과정
2.2. 에너지를 흡수하여 용질 입자 간 끌어당기는 힘을 끊는 과정
3.3. 용질과 용매 입자가 혼합되어 에너지를 방출하는 과정

11, 22, 33에서 엔탈피 변화를 각각 ΔH1\Delta H_{1}, ΔH2\Delta H_{2}, ΔH3\Delta H_{3}라 하면, 용해 엔탈피(ΔH용해)(\Delta H_{\text{용해}})는 ΔH1+ΔH2+ΔH3\Delta H_{1} + \Delta H_{2} + \Delta H_{3}이다.

11, 22에서 끌어당기는 힘을 끊기 위해 에너지를 흡수하므로 ΔH1>0\Delta H_{1} > 0이고, ΔH2>0\Delta H_{2} > 0이다.
33에서 용질과 용매 입자 사이에 새로운 인력이 형성되면서 에너지를 방출하여 안정해지므로 ΔH3<0\Delta H_{3} < 0이다.

용해 엔탈피는 ΔH1+ΔH2+ΔH3\Delta H_{1} + \Delta H_{2} + \Delta H_{3}로 정해지므로 ΔH1+ΔH2>∣ΔH3∣\Delta H_{1} + \Delta H_{2} > |\Delta H_{3}|인 경우 용해 엔탈피는 00보다 크다.

용해 과정의 엔탈피 변화와 용매·용질 입자 배열을 나타낸 에너지 단계도
용매와 용질의 분리 및 혼합에 따른 엔탈피 변화 모식도

용해가 잘 일어나는 조건

용매와 용질의 극성 여부가 같을 때 용해가 잘 일어난다.

용매화

용해가 일어날 때 용질 입자가 용매 입자에 둘러싸이는 현상이다.

수화

용매화에서 용매가 물(H2O)(\mathrm{H_{2}O})인 경우이다.

수화 예시

NaCl(s)\mathrm{NaCl}(s)을 물(H2O)(\mathrm{H_{2}O})에 넣으면 극성 분자인 H2O\mathrm{H_{2}O}가 NaCl(s)\mathrm{NaCl}(s)의 양이온과 음이온을 각각 끌어당겨 분리하여 수화시킨다.

전하량의 부호가 다른 두 전하 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 작용하여 가까이 위치하게 되므로
H2O\mathrm{H_{2}O} 분자에서 부분적인 음전하(δ−)(\delta^{-})를 띠는 부분인 O\mathrm{O}는 양이온인 Na+\mathrm{Na}^{+}를 향하고,
H2O\mathrm{H_{2}O} 분자에서 부분적인 양전하(δ+)(\delta^{+})를 띠는 부분인 H\mathrm{H}는 음이온인 Cl−\mathrm{Cl}^{-}를 향한다.

NaCl이 물에 녹아 Na⁺와 Cl⁻로 분리되고 물 분자가 둘러싸는 모식도

적용 문항

1번 문항


KCl 용해 과정의 엔탈피 변화 모형과 보기형 화학 문항

2번 문항


NaCl 수용액의 입자 모형과 옳은 설명을 고르는 화학 문항