12.6: 용해도에 영향을 미치는 물리적 특성

액체 내 가스 용액

어떤 용액이든 액체 내 기체의 용해도는 용질과 용매 종 사이의 분자간 인력에 의해 영향을 받습니다. 그러나 고체 및 액체 용질과 달리 기체 용질이 액체 용매에 용해될 때 극복해야 할 용질-용질 분자간 인력은 없습니다. 기체를 구성하는 원자 또는 분자는 멀리 떨어져 있고 무시할 수 있는 상호 작용을 경험하기 때문입니다. 결과적으로, 용질-용매 상호작용은 용해도에 영향을 미치는 유일한 에너지 요인입니다. 예를 들어, 산소의 수용성은 헬륨보다 약 3배 더 크지만(물과 더 큰 산소 분자 사이에 더 큰 분산력이 있음) 클로로메탄, CHCl_3의 용해도보다는 100배 적습니다 (극성 클로로메탄 분자는 극성 물 분자와 쌍극자-쌍극자 인력을 경험합니다). 마찬가지로, 헥산(C_6H_14)의 산소 용해도는 산소와 더 큰 헥산 분자 사이에 더 큰 분산력이 존재하기 때문에 물에 대한 용해도보다 약 20배 더 큽니다.

온도는 용해도에 영향을 미치는 또 다른 요소이며, 가스 용해도는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 온도와 용존 가스 농도 사이의 이러한 역관계는 자연수의 열 오염의 주요 영향 중 하나를 담당합니다.

기체 용질의 용해도는 용액이 노출되는 기체 내 용질의 부분압에 의해서도 영향을 받습니다. 가스의 압력이 증가함에 따라 가스 용해도도 증가합니다.

많은 기체 용질의 경우 용해도 S_gas와 부분압 P_gas 사이의 관계는 비례 관계입니다.

여기서 k_H는 기체 용질과 용매의 동일성과 용액 온도에 따라 달라지는 비례 상수입니다. 이것은 헨리의 법칙에 대한 수학적 설명입니다. 일정한 양의 액체에 용해되는 이상 기체의 양은 기체의 압력에 정비례합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 11.3: Solubility.

용질의 용해도는 특정 온도 조건에서 주어진 양의 용매에서 용해되는 최대 양입니다. 이는 정의에 따라 온도가 대부분의 물질의 용해도에 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 황산 세슘과 같은 예외가 있기는 하지만 대부분의 고체 용질에 대해 용액의 온도가 증가함에 따라 용액의 용해도가 증가합니다.

온도가 변화함에 따라 서로 다른 물질의 용해도는 서로 다른 비율로 증가합니다. 예를 들어 질산칼륨의 용해도는 온도에 따라 급격히 증가하는 반면 염화칼륨의 용해도는 거의 변하지 않습니다. 질산칼륨과 염화칼륨의 혼합물을 함유한 용액이 가열된 후 10도까지 천천히 냉각될 때 결정 침전물은 낮은 온도에서 덜 용해되기 때문에 질산칼륨을 더 많이 포함할 것입니다.

이 분리 기술을 분별 결정화라고 합니다. 고체 용질과 대조적으로 물 속 기체의 용해도는 온도가 상승하면 감소합니다. 만약 냉각된 소다 비커가 실온까지 더워지면 소다는 빠르게 김이 빠집니다.

이것은 이산화탄소의 용해도가 온도가 올라감에 따라 감소하기 때문입니다. 기체의 용해도는 또한 압력에 따라 달라집니다. 액체 위에 있는 기체의 압력이 높을수록 기체는 액체 안에 더 많이 용해됩니다.

압력과 기체의 용해도 사이의 이러한 관계는 헨리의 법칙에 의해 정량화됩니다. 헨리의 법칙에 따르면 기체의 용해도는 헨리의 법칙 상수에 압력을 곱한 것과 같습니다. 소다를 만들 때 이산화탄소는 높은 압력에서 설탕 용액에 용해됩니다.

이 압력에 의해 용액은 이산화탄소의 포화 상태가 됩니다. 따라서 소다 캔 뚜껑을 열면 우리는 압력이 방출됨에 따라 익숙한 펑 소리를 들을 수 있고 이산화탄소 기체가 용액에서 빠져나오면서 많은 거품이 생기는 것을 볼 수 있습니다.