수용액의 일반적 성질
용액이란 두 가지 이상의 물질들로 구성된 균일 혼합물을 말합니다. 소량으로 존재하는 물질을 용질이라고 부르며 용액 속 다량으로 존재하는 물질은 용매라고 부릅니다. 물에 용해되는 용질들이 용해된 것을 수용액이라고 부릅니다.
전해질과 비전해질
전해질이란 물에 녹았을 때 용액 속에서 전기를 통하게 할 수 있는 물질을 말하며 비전해질은 반대로 전기가 통하지 않는 용질을 말합니다. 전해질은 강전해질과 약전해질로 분류가 되는데 강전해질의 경우 이온 결합 화합물이 대표적인 예이고 약산과 약염기같은 용액은 약전해질이라고 볼 수 있습니다. 그래서 NaCl 용액의 경우 전부다 해리되어 양이온과 음이온으로 나뉠 수 있으므로 이와같은 경우 강전해질이라고 할 수 있습니다. 염산, 황산, 수산화나트륨 등이 강전해질에 해당하고 초산 염화플루오르 순수한 물 등이 약전해질에 해당합니다. 요소, 메탄올, 에탄올, 글루코오스 등이 비전해질이라고 볼 수 있습니다. 용액에서 해리된 이온들은 수화(Hydration)에 의해 물 분자들에 의해 둘러싸이는 현상이 나타납니다. 특정한 방향으로 배열된 물 분자들이 이온을 감싸는 것을 수화현상이라고 합니다. 그래서 만약 똑같은 CuSO4라고 해도 그 자체로 있으면 무수물, CuSO4 5H20의 경우 수화물이라고 부르게 됩니다.
침전반응
수용액에서 불용성 생성물을 침전물이라고 부릅니다. 침전물이 생기도록 하는 침전반응은 질산납(II) 수용액을 아이오딘화 포타슘 용액에 첨가할 경우 생기는 아이오딘화 납의 노란 침전물이 생기는 것을 예로 들 수 있습니다. 두 용액을 섞었을 때 침전이 생기는지 안생기는지 여부를 확인할 수 있는 방법으로는 용해도를 통한 예측이 있습니다. 용해도는 어떤 특정 온도에서 주어진 용매에 녹을 수 있는 용질의 최대량을 말합니다. 알칼리 금속이온과 암모늄이온을 포함하는 화합물, 질산염, 탄산 수소염, 염소산염, 할로겐화물, 황산염 등은 가용성 화합물에 속합니다. 반면 탄산염, 인산염, 크로뮴산염, 황화물, 수산화물 등은 불용성 화합물에 해당합니다.
분자 반응식과 알짜 이온 반응식
앞서 설명한 아이오딘화납 생성의 노란 침전물이 생기는 침전반응을 살펴보았을 때 모든 화학종들이 분자나 전체 단위로 존재하는것처럼 화합물의 화학식을 사용하는 반응이므로 이는 분자반응식이라고 부릅니다. 그런데 이를 용해된 화학종들을 자유 이온으로 나타내어 표현하게 되면 이는 이온 반응식이라고 부르게 됩니다. 여기에서 아이오딘화 납은 침전물로 남게 되지만 수용액 속에 녹은 상태로 존재하는 KNO3는 용액속에서 K+와 NO3-로 남아있는 상태가 됩니다. 이러한 이온들은 전체 반응에 포함되지 않는 이온들로 구경꾼이온이라고 부릅니다. 구경꾼이온은 반응식의 양쪽에 있고 화학 반응에서 변하지 않으면 소거가 가능합니다. 양쪽에서 각각 구경꾼이온들을 소거하고 나면 침전물이 생기는 납이온과 아이오딘 이온, 아이오딘화납 3가지만 남게됩니다. 이렇게 3가지만으로 표현한 반응식을 알짜이온반응식이라고 부릅니다. 알짜이온 반응식을 쓰기 위해서는 네가지 단계를 따라가면 됩니다. (1) 이온 결합 화합물인 반응물과 생성물의 정확한 식을 이용하여 반응의 균형을 맞춰 분자 반응식을 쓴다. (2) 용액에서 생성된 해리된 이온을 보여 주도록 이온 반응식을 쓴다. (3) 반응식 양쪽의 구경꾼 이온들을 소거하여 알짜 이온 반응식을 만든다. (4) 알짜이온 반응식에서 전하와 원자수의 균형을 맞춰준다.
용액과 반응식에 대한 정리
이번 포스팅에서 확인한 용액과 반응식에 대해 다시 한번 정리하자면 다음과 같습니다. 용질이 전해질이면 수용액은 전기를 전도하는 특성을 나타냅니다. 비전해질은 전기를 전달하지 않습니다. 수용액에서 일어나는 반응 중에는 침전반응이 있는데 이온 결합 화합물들의 경우 일반적인 규칙들을 바탕으로 침전물이 생성되는지 여부를 확인할 수 있습니다. 그리고 이러한 이온들의 상태로 나타낸 반응식을 이온 반응식이라고 부릅니다. 여기에서 침전물을 형성하지 않고 반응 전과 후에 수용액에 그대로 남아있는 이온들은 양쪽에서 소거를 통해 제거하여 표기가 가능하며, 이 때 제거되고 남은 침전물을 형성하는 것들로만 이루어진 반응식을 알짜이온반응식이라고 부릅니다.