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최근 수정 시각 : 2024-04-01 14:52:58

용해 평형


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1. 개요2. 구조에 따른 효과3. 온도에 따른 효과4. 기타 효과
4.1. 결정 크기에 따른 효과4.2. 압력에 따른 효과

1. 개요

파일:salt3.jpg

용해 평형이란 고체 상태의 화합물이 용액 속에 녹아있는 화합물과 화학적 평형 상태에 있음을 뜻한다. 평형 상태에서는 고체 상태의 화합물이 용해되는 속도와 액체 상태의 화합물이 응고되는 속도가 같다. 이와 같은 평형 상태를 이룰 때, 용액이 포화 되었다고 표현한다. 이 때 포화상태에 도달한 화합물의 농도를 용해도라고 부르며, 용해도는 단위 부피 당 몰 수로 나타낸다. 화합물의 농도가 용해도 이상일 경우 과포화 상태라고 부르며, 용액 내 과포화된 화합물은 화학적 평형을 이루기 위해 고체 상태의 침전물을 형성한다.

2. 구조에 따른 효과

같은 화합물도 고체 상태의 결정 구조에 따라서 다른 용해도를 가질 수 있다. 예를 들어 아라고나이트(aragonite,[math( CaCO_3)])와 칼사이트(calcite,[math( CaCO_3)])는 같은 화학적 성질을 띄고 있지만 서로 다른 용해도를 가지고 있다. 이는 두 물질이 고체 상태에서 다른 결정 구조를 가지고 있기 때문이다.

여담으로, 같은 화합물이 다른 결정 구조를 가질 수 있는 이유는 열역학에서 찾을 수 있다. 특정 조건에서는 화학적으로 불안정한 구조임에도 열역학적으로는 더 안정적일 수 있는 데, 그런 조건에서 결정이 이루어질 경우 일상적인 조건에서 보기 힘든 결정 구조가 생기게 된다. 이런 상태를 준 안정상태라고 부른다.

3. 온도에 따른 효과

용해도는 온도에 따라 크게 달라지는 편이다. 르 샤틀리에 원리에 따라 녹는 과정이 흡열 반응이라면 용해도는 온도가 올라감에 따라 올라가고, 반대로 녹는 과정이 발열 반응이라면 용해도는 온도가 올라감에 따라 내려간다. 이 두 가지 케이스를 모두 보여주는 화합물이 [math(Na_2SO_4)]로 섭씨 32.38도까지는 온도가 올라감에 따라 용해도가 올라가지만, 이후로는 오히려 용해도가 떨어지는 현상을 보여주다. 이는 섭씨 32.38도 이상에서는 고체 상태의 수화물인 [math(Na_2SO_4·10H_2O)]의 녹는점이 32.38도이기 때문에 역학적으로 고체 형성이 비선호되기 때문에, 이럴 경우에는 다른 수화물들이 생긴다. 어떤 수화물이 생기느냐는 구체적인 실험없이 이야기하기 매우 까다롭고, 예로 [math(Na_2SO_4·7H_2O)]등이 있다. 이런 현상을 retrograde solubility 혹은 inverse solubility라고 부른다.

4. 기타 효과

4.1. 결정 크기에 따른 효과

용해도는 화합물의 결정 크기에 따라 달라질 수 있다. 결정의 크기에 작을 수록 표면 에너지가 증가하기 때문에 용해도가 높아진다. 하지만 이 효과는 무시할 정도로 작기 때문이 크게 주목할 필요는 없다.

4.2. 압력에 따른 효과

주로 액체와 고체상태의 평형에서는 압력에 따른 효과가 당연하게도 사실상 무시된다. 하지만 기체와 고체 상태일 때는, 압력이 높아짐에 따라 기체 상태에 있는 화합물의 밀도가 변하므로 헨리의 법칙([math(p = k_hc)])과 르 샤틀리에 원리를 합쳐서 계산할 수 있다.

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