(화학 실험 1) 화학 반응 – 용해도 평형 (1. 고체의 용해)

1. 용해도란?

용해도는 특정 온도에서 일정한 향기로운 용매에 최대로 녹는 용질의 양입니다.

중학교 과학 시간에서는 물 100g에 녹인 용질의 최대 질량(g)으로 표현하였다.

그러나, 우리는 「High」스쿨에 다니기 때문에, 그런 「Middle」스쿨 레벨의 정의는 더 이상 사용하지 않는다.

새롭게 정의되는 용해도는 몰 용해도라고도 불리며, 포화 용액 중의 용질의 몰 농도를 말한다.

일반 화학 수준에서 몰 용해도 외에 질량 용해도라고 불리는 또 다른 용해도가 나타납니다.

몰 용해도에 식량을 곱한 값으로 용액의 단위 체적에 포화된 용질의 질량이며, 단위는 g/L이다.

많은 문제는 다양한 정의의 용해도를 결합하여 사용하기 때문에 단위를 통해 그들을 구별하는 것이 중요합니다.

2. 용해 평형

하기는 대표적인 불용성 염인 CaCO3의 용해 평형식이다.

염의 용해 반응은 고체 상태의 염이 수용액 상태가 되는 과정(1회 반응식)과 수용액 상태의 염이 이온으로 해리되는 과정(2회 반응식)으로 나누어진다.

그러나, 일반 화학에서는 수용액 상태의 염은 모두 이온으로 해리한다고 가정(=2회 반응식 100% 정반응 진행)하고, 3회 반응식을 용해 평형식으로 정의한다.

여기에서 「일반 화학에서도 3회의 반응식에서만 정의하는 것을 왜 굳이 1, 2회의 반응식으로 나누어 설명하는지, 자주 곤란한 것인가?」라고 불만을 나타내는 사람도 있을 것이다.

용해 평형식을 단계로 나누어 공부하는 것은 염의 용해도를 정확하게 이해하는데 유리하다.

상기에서 소개한 반응에서는, 반응 계수가 모두 1이기 때문에, 아무런 초기 설정도 없이 염을 용해시켰을 때, 염의 용해도와 이온의 용해도는 동일하다.

그러나, PbI2의 용해 평형식과 같이 반응 계수가 1이 아닌 경우, 이온의 용해도와 염의 용해도가 혼란하는 상황이 생기는 경우가 있다.

이 경우, 염의 용해도는 1회 반응식에서 수용액 상태의 염의 농도, 이온의 용해도는 2회 반응식에서의 이온의 농도인 것을 인식하면 용해도를 정확하게 이해하는데 도움이 될 것이다.

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<1. 용해도란?에서 화학평형을 열심히 공부한 학생이라면 몰 용해도를 보는 순간 평형정수를 떠올렸을 것이다.

물론, 용해 반응 방식에서도 평형 상수를 정의할 수 있다.

용해 평형 방정식에 정의된 평형 상수를 용해도 곱(Ksp, solubility product)이라고 한다.

고체 상태의 염은 평형 상수에 포함되지 않고, 해리된 이온의 몰 농도 즉 몰 용해도의 곱으로 나타내기 때문이다.

또한 다른 평형 상수와 마찬가지로 Ksp도 단위를 생략하는 것이 일반적입니다.

한편, Ksp의 특이한 점은 크기가 매우 작다는 것입니다.

이는 용해도가 매우 작은 난용성 또는 불용성 염의 용해도를 표현하는데 많이 사용되기 때문이다.

그러나 역설적으로도 Ksp의 값으로 염의 상대적 용해도를 비교하는 것은 어렵습니다.

상기 표에 나타낸 바와 같이, Ksp의 값은 Bi2S3이 가장 작지만 몰 용해도는 가장 크다.

염의 용해도를 비교하기 위해 Ksp는 부적절합니다.

이번에는 일반 화학 수준에서 정의되는 고체의 용해도와 용해 평형을 조사했다.

간단한 내용을 그다지 오랫동안 풀었던 느낌은 없지만 용해평형을 공부하기 위한 기초적인 내용이므로 무엇보다도 중요하다는 것을 확실히 공부해야 한다.