4.6: 전해질 및 비전해질 용액

용액에서 물리적 또는 화학적 변화를 거쳐 전기를 전도할 수 있는 이온을 생성하는 물질을 전해질이라고 합니다. 물질이 용액에서 이온을 생성하는 경우, 즉 화합물이 100% 해리되는 경우 해당 물질은 강한 전해질입니다. 완전한 해리는 단일 전방 화살표로 표시됩니다. 예를 들어, 염화나트륨과 같은 수용성 이온 화합물은 수용액에서 나트륨 양이온과 염화물 음이온으로 해리됩니다.

강한 전해질의 다른 예로는 1족 및 2족 금속의 수산화물과 HCl 및 HNO_3와 같은 강산이 있습니다.

물질의 아주 작은 부분만이 이온으로 해리되는 경우, 즉 화합물이 용액에서 부분적으로 해리되는 경우 이를 약한 전해질이라고 합니다. 부분 해리는 가역 화살표로 표시됩니다. 예를 들어, 아세트산과 같은 약산은 물에서 부분적으로 이온화되어 아세트산 이온과 하이드로늄 이온을 생성합니다.

약한 전해질의 다른 예로는 AgCl 및 PbCl_2와 같은 난용성 염과 암모니아와 같은 약한 염기가 있습니다.

이온과 쌍극자를 갖는 분자 사이의 정전기적 인력(이온-쌍극자 인력이라고 함)은 이온 화합물이 물에 용해되는 데 중요한 역할을 합니다. 이온성 화합물이 물에 용해되면 물 분자가 이온을 둘러싸고 용매화되어 이온 사이의 강한 정전기력을 감소시키기 때문에 고체의 이온이 분리되어 용액 전체에 균일하게 분산됩니다.

공유 결합 화합물의 용액은 용질 분자가 용매와 화학적으로 반응하여 이온을 생성하기 때문에 전기를 전도합니다. 예를 들어, 순수한 염화수소는 공유 HCl 분자로 구성된 가스입니다. 이 가스에는 이온이 포함되어 있지 않습니다. 그러나 HCl 수용액은 매우 우수한 전도체로서 용액 내에 상당한 농도의 이온이 존재함을 나타냅니다.

HCl은 산이기 때문에 그 분자는 물과 반응하여 H+ 이온을 전달하여 하이드로늄 이온(H_3O^+)과 염화물 이온(Cl^−)을 형성합니다.

이 반응은 HCl(강한 전해질)에 대해 본질적으로 100% 완료됩니다. 마찬가지로, 부분적으로만 반응하는 약산과 염기는 물에 용해될 때 상대적으로 낮은 농도의 이온을 생성하며 약전해질로 분류됩니다.

물에 용해되었을 때 이온을 생성하지 않는 물질을 비전해질이라고 합니다. 이러한 물질은 용액에서 중성 분자로 용해되며 각각은 물 분자로 둘러싸여 있습니다. 예를 들어, 자당과 같은 분자 화합물은 물에 온전한 분자로 용해됩니다.

요약하면, 물질을 함유한 수용액의 전기 전도도를 측정하여 물질을 강함, 약함 또는 비전해질로 식별할 수 있습니다. 전기를 전도하기 위해서는 물질이 자유롭게 이동하고 전하를 띤 종을 포함해야 합니다. 가장 잘 알려진 것은 금속선을 통한 전기 전도인데, 이 경우 이동하고 충전된 실체는 전자입니다. 용액은 용해된 이온을 포함하는 경우 전기를 전도할 수도 있으며, 이온 농도가 증가하면 전도도도 증가합니다. 용액에 담긴 전극에 전압을 가하면 전류 흐름을 측정하여 정량적으로 또는 회로에 포함된 전구의 밝기를 관찰하여 정성적으로 용존 이온의 상대적 농도를 평가할 수 있습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 11.2: Electrolytes.

물은 많은 물질을 용해시킬 수 있는데 이는 물의 화학적 구성에 기인합니다. 물 분자는 전체적으로는 전하가 중성이지만 산소에서 부분적인 음전하를 띠고 있고 각각의 수소에서 부분적인 양전하를 띠고 있습니다. 이로부터 물은 극성 용매로 됩니다.

고체 이온 화합물과 같은 이온 용질을 물에 첨가하면 물 분자는 용질의 이온과 상호작용합니다. 용질과 용매 사이의 강한 인력이 화합물을 유지시키는 용질 입자끼리의 인력을 극복하면 용질 이온이 분리됩니다. 극성 물 분자는 이온이 분리될 때 이온을 둘러싸거나 또는 수화시킵니다'이 수화된 이온들은 용액 전체에 균일하게 분산됩니다.

이온 용액에 전위를 가하면 이온은 반대 전하의 전극으로 이동하는 전하 운반체가 됩니다. 이것은 용액에 전류를 발생시킵니다. 다시 말하면 전기를 전도합니다.

극성 용매에 용해될 때 전기적으로 전도성을 지닌 용액을 생성하는 물질을 전해질이라고 합니다. 염화 나트륨이 그 예입니다. 하지만 자당과 같은 분자 화합물이 물에 용해될 때 그 분자 입자들은 물 분자에 의해 둘러싸이면서 원래 상태를 유지합니다.

이 용액은 중성인 자당 분자만 포함하고 있으므로 전기를 전도하지 않습니다. 극성 용매에 용해될 때 전기적으로 전도성인 용액을 생성하지 않는 물질을 비전해질이라고 합니다. 얼마만한 양의 화합물이 이온으로 분리되는 가에 따라 전해질로서의 강도가 결정됩니다.

염산처럼 강한 산과 같은 강한 전해질은 거의 모든 분자가 물속에서 이온으로 분리되어 그 용액은 좋은 전기 전도체로 됩니다. 반면에, 불산처럼 약한 산과 같은 약한 전해질에서는 일부 분자만이 이온으로 분리될 것입니다. 따라서 적은 양의 전기만 전도할 수 있습니다.