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16.10:

์šฉํ•ดํ‰ํ˜•

JoVE Core
Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Solubility Equilibria

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16.10:

์šฉํ•ดํ‰ํ˜•

์šฉํ•ด๋„ ํ‰ํ˜•์€ solute ์ข…์˜ ์šฉํ•ด ๋ฐ ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰์ด ๋™์ผํ•œ ์†๋„๋กœ ๋ฐœ์ƒํ•  ๋•Œ ํ™•๋ฆฝ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ํ‰ํ˜•์€ ์ถฉ์น˜์—์„œ ์ •์ˆ˜์— ์ด๋ฅด๊ธฐ๊นŒ์ง€ ๋งŽ์€ ์ž์—ฐ ๋ฐ ๊ธฐ์ˆ  ์  ๊ณผ์ •์„ ๋’ท๋ฐ›์นจํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ ์šฉํ•ด๋„์— ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฏธ์น˜๋Š” ์š”์ธ์— ๋Œ€ํ•œ ์ดํ•ด๋Š” ์ด๋Ÿฌํ•œ ํ”„๋กœ์„ธ์Šค์˜ ํšจ๊ณผ์ ์ธ ๊ด€๋ฆฌ์— ํ•„์ˆ˜์ ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ์„น์…˜์—์„œ๋Š” ์ด์ „์— ๋„์ž…๋œ ํ‰ํ˜• ๊ฐœ๋… ๊ณผ ๋„๊ตฌ๋ฅผ ์šฉํ•ด ๋ฐ ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰๊ณผ ๊ด€๋ จ๋œ ์‹œ์Šคํ…œ์— ์ ์šฉํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

์šฉํ•ด๋„ ์ œํ’ˆ

๋ฌผ์งˆ์˜ ์šฉํ•ด๋„๋Š” ๋ณธ์งˆ์ ์œผ๋กœ 0 (๋ถˆ์šฉ์„ฑ ๋˜๋Š” ์•„๊ปด์„œ ์šฉ์šฉ์„ฑ)์—์„œ ๋ฌดํ•œ๋Œ€ (miscible)์— ๋‹ค๋ฅผ ์ˆ˜ ์žˆ์Œ์„ ๊ธฐ์–ตํ•˜์‹ญ์‹œ์˜ค. ์œ ํ•œ ํ•œ ์šฉํ•ด๋„๋ฅผ ๊ฐ€์ง„ ์šฉํ•ด๋„๋Š” ์šฉํ•ด๋„๋ฅผ ์ดˆ๊ณผํ•˜๋Š” ์–‘์œผ๋กœ ์šฉ๋งค์— ์ฒจ๊ฐ€๋  ๋•Œ ํฌํ™” ์šฉ์•ก์„ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ์œผ๋ฉฐ, ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ ํฌํ™” ์šฉ์•ก๊ณผ ๊ณผ๋„ํ•œ ์šฉ์•ก์˜ ์ด์งˆ์ ์ธ ํ˜ผํ•ฉ๋ฌผ๊ณผ ๊ณผ๋„ํ•˜๊ฒŒ ์šฉํ•ด๊ฐ€ ํ˜ผํ•ฉ๋œ ๋ถˆ์šฉ์†”ํ…Œ๊ฐ€ ์ƒ์„ฑ๋œ๋‹ค. ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ์€์—ผํ™”๋ฌผ์˜ ํฌํ™” ์šฉ์•ก์€ ์•„๋ž˜์— ํ‘œ์‹œ๋œ ํ‰ํ˜•์ด ํ™•๋ฆฝ๋œ ๊ฒƒ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

Eq1

์ด ์†”๋ฃจ์…˜์—์„œ, ๊ณ ์ฒด AgCl์˜ ๊ณผ์ž‰์€ ์šฉํ•ด๋ฐ ํ•ด๋ฆฌ – ์ด๋Ÿฌํ•œ ์ˆ˜์„ฑ ์ด์˜จ์ด ๊ฒฐํ•ฉํ•˜๊ณ  ๊ณ ์ฒด AgCl์„ ํ˜•์„ฑ์นจํ•˜๋Š” ๊ฒƒ๊ณผ ๊ฐ™์€ ์†๋„๋กœ์ด์˜จ์„ ์ƒ์„ฑํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์€์—ผํ™”๋ฌผ์€ ๋“œ๋ฌผ๊ฒŒ ์šฉํ•ด์„ฑ ์—ผ์ด๋ฏ€๋กœ ์šฉ์•ก์— ์šฉํ•ด๋œ ์ด์˜จ์˜ ํ‰ํ˜• ๋†๋„๋Š” ์ƒ๋Œ€์ ์œผ๋กœ ๋‚ฎ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

์ด์™€ ๊ฐ™์€ ์šฉํ•ด๋„ ํ‰ํ˜•์— ๋Œ€ํ•œ ํ‰ํ˜• ์ƒ์ˆ˜๋Š” ์šฉํ•ด๋„ ์ œํ’ˆ ์ƒ์ˆ˜, Ksp๋ผ๊ณ ํ•˜๋ฉฐ,์ด๊ฒฝ์šฐ

Eq2

๊ฐ€์Šค์™€ ์†”๋ฃจํŠธ๋งŒ ํ‰ํ˜• ์ƒ์ˆ˜ ์‹์œผ๋กœ ํ‘œํ˜„๋˜๋ฏ€๋กœ K์Šคํ”„๋Š” ์šฉํ•ด๋˜์ง€ ์•Š์€ AgCl์— ๋Œ€ํ•œ ์šฉ์–ด๋ฅผ ํฌํ•จํ•˜์ง€ ์•Š๋Š”๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ๊ธฐ์–ตํ•˜์‹ญ์‹œ์˜ค.

K์Šคํ”„ ๋ฐ ์šฉํ•ด๋„

์•ฝ๊ฐ„ ์ˆ˜์šฉ์„ฑ ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ K์Šคํฐ์€ ์šฉํ•ด ๊ณต์ •์ด ํ•ด๋ฆฌ ๋ฐ ์šฉํ•ด๋งŒ ์„ ์ˆ˜๋ฐ˜ํ•˜๋Š” ๊ฒฝ์šฐ ์ธก์ •๋œ ์šฉํ•ด๋„์™€ ๊ฐ„๋‹จํ•˜๊ฒŒ ๊ด€๋ จ์ด ์žˆ์„ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

Eq3

์ด๋Ÿฌํ•œ ๊ฒฝ์šฐ KSP ๊ฐ’์„ ์ œ๊ณต๋œ ์šฉํ•ด๋„์—์„œ ํŒŒ์ƒํ•˜๊ฑฐ๋‚˜๊ทธ ๋ฐ˜๋Œ€์˜ ๊ฒฝ์šฐ๋„ ๋งˆ์ฐฌ๊ฐ€์ง€์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋Ÿฌํ•œ ์ข…๋ฅ˜์˜ ๊ณ„์‚ฐ์€ ํฌํ™” ์šฉ์•ก ์˜ ๋ฆฌํ„ฐ ๋‹น ์šฉํ•ด ์†”์ง์„ฑ์˜ ๋‘๋”์ง€๋กœ ์ธก์ • ๋œ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ์–ด๊ธˆ๋‹ˆ ์šฉํ•ด๋„๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ๊ฐ€์žฅ ํŽธ๋ฆฌํ•˜๊ฒŒ ์ˆ˜ํ–‰๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰ ์˜ˆ์ธก

ํƒ„์‚ฐ์นผ์Š˜๊ณผ ๊ทธ ์†”๋ฐ”๊ฒŒ์ด์˜จ ์‚ฌ์ด์˜ ํ‰ํ˜•์„ ์„ค๋ช…ํ•˜๋Š” ๋ฐฉ์ •์‹์€ ๋‹ค์Œ๊ณผ ์ด๋‹ค.

Eq4

์ด ํ‰ํ˜•์€ ํƒ„์‚ฐ์นผ์Š˜์œผ๋กœ ๋ฌผ์„ ํฌํ™”์‹œํ‚ด์œผ๋กœ์จ ํ˜•์„ฑ๋œ ์šฉ์•ก๋ฟ๋งŒ ์•„๋‹ˆ๋ผ Ca2+ ๋ฐ CO32-์ด์˜จ์„ ํฌํ•จํ•˜๋Š” ์ž„์˜์˜ ์ˆ˜์„ฑ ์šฉ์•ก์— ํ™•๋ฆฝ๋œ๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ๊นจ๋‹ซ๋Š” ๊ฒƒ์ด ์ค‘์š”ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ํƒ„์‚ฐ ๋‚˜ํŠธ๋ฅจ๊ณผ ์งˆ์‚ฐ์นผ์Š˜์˜ ์ˆ˜์šฉ์„ฑ ์šฉ์•ก์„ ํ˜ผํ•ฉํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์„ ๊ณ ๋ คํ•ด ๋ณด์‹ญ์‹œ์˜ค. ํ˜ผํ•ฉ๋ฌผ์—์„œ ์นผ์Š˜๊ณผ ํƒ„์‚ฐ์ด์˜จ์˜ ๋†๋„๊ฐ€ ๋ฐ˜์‘ ์ง€์ˆ˜๋ฅผ ์‚ฐ์ถœํ•˜์ง€ ์•Š์œผ๋ฉด, Q,์šฉํ•ด๋„ ์ƒ์„ฑ๋ฌผ์„ ์ดˆ๊ณผํ•˜๋Š” Q, K์Šคํ”„,์นจ์ „์ด ๋ฐœ์ƒํ•˜์ง€ ์•Š์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด์˜จ ๋†๋„๊ฐ€ ์šฉํ•ด๋„ ์ œํ’ˆ๋ณด๋‹ค ํฐ ๋ฐ˜์‘ ์ง€์ˆ˜๋ฅผ ์‚ฐ์ถœํ•˜๋ฉด ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰์ด ๋ฐœ์ƒํ•˜์—ฌ ํ‰ํ˜•์ด ํ™•๋ฆฝ๋  ๋•Œ๊นŒ์ง€ ๋†๋„๊ฐ€ ๋‚ฎ์•„์ง‘๋‹ˆ๋‹ค(Q = KSp). ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰์„ ์˜ˆ์ธกํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด Q์™€ K์Šคํ”„๋ฅผ ๋น„๊ตํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์€ ํ‰ํ˜•์— ๋Œ€ํ•œ ์ˆ˜์—…์—์„œ ์ฒ˜์Œ ๋„์ž…๋œ ๋ฐ˜์‘์˜ ๋ฐฉํ–ฅ์„ ์˜ˆ์ธกํ•˜๋Š” ์ผ๋ฐ˜์ ์ธ ์ ‘๊ทผ๋ฒ•์˜ ์˜ˆ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์šฉํ•ด๋„ ํ‰ํ˜•์˜ ํŠน์ • ๊ฒฝ์šฐ :

Q & K์Šคํ”„: ๋ฐ˜์‘์ด ์ „์ง„ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ์ง„ํ–‰๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค(์šฉ์•ก์ด ํฌํ™”๋˜์ง€ ์•Š๊ณ  ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰์ด ๊ด€์ฐฐ๋˜์ง€ ์•Š์Œ)

Q > K์Šคํ”„: ๋ฐ˜์‘์€ ์—ญ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ์ง„ํ–‰๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค (์šฉ์•ก์ด ๊ณผํฌํ™”๋˜๊ณ  ๊ฐ•์ˆ˜๋Ÿ‰์ด ๋ฐœ์ƒํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค)

์ด ํ…์ŠคํŠธ๋Š” Openstax, ํ™”ํ•™ 2e, ์„น์…˜ 15.1: ์นจ์ „ ๋ฐ ์šฉํ•ด์—์„œ ์ฑ„ํƒ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

Suggested Reading

  1. Clifford, A. F. "The Prediction of Solubility Product Constants1." Journal of the American Chemical Society 79, no. 20 (1957): 5404-5407.
  2. Hill, Arthur E. "The Inconstancy Of The Solubility Product." Journal of the American Chemical Society 32, no. 10 (1910): 1186-1193.
  3. Reynolds, John P. "Ksp experiment: The solubility product for barium hydroxide." Journal of Chemical Education 52, no. 8 (1975): 521.