용매

용매(solvent)는 다른 물질을 용해시킬 수있는 물질이며, 대개 액체입니다. 여기서 용해되는 물질은 용질(solute)이라 합니다. 용매와 용질을 섞으면 용액(solution)을 형성하는데 이 때 분자 수준에선 용매와 용질이 균일한 혼합물(homogenous mixture)을 이룹니다. 물은 보편적인 생물학적 용매입니다. 물이 가진 극성(polar) 구조는 다양한 극성 화합물을 용해할 수 있게 합니다. 물의 용해능력은 물 분자가 다른 물 분자와 결합하는 것과 물 분자가 다른 용질에 결합하는 것 사이의 균형에 따라 결정됩니다.

포화용액(saturated solution)에는 용매에 녹을 수 있는 최대한의 용질이 들어있습니다. 예를 들어 소금(NaCl)은 물에 쉽게 녹아 소금물 또는 식염수를 만듭니다. 소금이 녹는 이유는 소금이 각각 나트륨 이온(Na⁺)과 염화 이온(Cl^–)으로 해리되기 때문인데 이 때 물은 극성을 띠므로 약하게 음전하를 띠는 물의 산소 원자가 양전하를 띠는 나트륨 이온에 끌리게 됩니다. 이어서 하나의 나트륨 이온에 여러 물 분자가 둘러싸게 되어 하나의 수화(hydration)된 구체를 형성하게 됩니다. 마찬가지로 약하게 양전하를 띠는 물의 수소 원자는 음전하를 띠는 염화 이온에 끌리게 되어 염화 이온을 둘러싸는 수화된 구체를 형성하게 됩니다. 이런 수화현상은 용질 입자들이 서로에게 떨어져 용매 안에 고르게 분산되게 만들어 용액을 형성시킵니다.

(실온에 있는) 소금물의 포화용액에는 약 26%의 염화나트륨이 함유되어 있습니다. 여기에 소금을 더 첨가하면 첨가분은 용액에 용해되지 못하고 바닥의 침전물이 됩니다. 미국 유타주의 그레이트솔트호의 염분 함량은 5~27% 입니다. 이스라엘, 요르단, 요르단강 서안지구와 국경을 접하고 있는 사해는 염분 함량이 ~34%에 이릅니다. 이것은 물에 녹는 소금의 포화 수준 보다 실질적으로 더 높은데 때문에 여분의 소금은 침전되고 침전된 소금은 특별한 소금 결정을 형성합니다.

용질의 용해도 또는 물에 용해되는 능력은 생물학적 기능에 매우 중요합니다. 예를 들어 단백질과 아미노산은 세포에 접근하기 위하여 용해되어야 합니다. 마찬가지로 나트륨 이온, 염화 이온, 칼륨 이온 및 칼슘 이온도 세포 기능에 필요한데 이런 단백질, 이온 및 기타 영양소는 ~79%의 물로 이루어진 혈액에 용해됩니다. 콩팥(신장)은 이렇게 혈액에 용해된 용질을 여과 중에 제거하거나 첨가함으로써 혈액 내 용질을 적정 수준으로 유지하도록 돕는데 이를 삼투조절(osmoregulation)이라 부릅니다.