0. 들어가기
중학교 과학에서 침전 반응(앙금 생성 반응)을 배운다. 이온의 존재를 확인하기 위한 탐구 활동으로 포함되어 있다. 화학에서 침전 반응은 정성 분석을 위한 훌륭한 도구다. 침전 생성 여부를 통해 수용액 내 포함된 양이온 또는 음이온이 무엇인지 가늠할 수 있게 해 준다. 침전물이 독특한 색깔까지 갖는다면 보다 효과적이다. 이런 의미에서 중학교 교육과정에서 불꽃반응 등과 함께 앙금 생성 반응을 포함되었다는 사실 자체는 매우 바람직하다.
그러나 안타깝게도 학생들에게 그저 암기해야 할 것이 많은 단원 정도로 여겨지는 경우가 많다. AgCl 흰색, AgBr 연노란색, AgI 노란색, PbI2 노란색, CuS 검은색 등 색깔과 침전(앙금)을 연결하고, 이온 조합을 암기하는데 급급하다.
사실 암기하고 있으면, 용액에 포함된 이온을 파악하는데 유리한 건 맞다. 왜냐하면, 그 앙금들이 대부분 용해도 규칙에서 벗어나 예외성을 갖는 녀석들이기 때문이다.
화학 수업 중에 학생들에게 은근슬쩍 다음과 같은 질문을 던지곤 한다.
"할로겐 음이온(Cl-, Br-, I-)은 앙금을 잘 만드는 이온일까? 아닐까?"
중학교 때 앙금 꽤나 많이 외웠다는 학생들이 오히려 "잘 만드는 이온이요!"라고 자신 있게 대답한다. 과거의 외웠던 AgCl, AgBr, AgI, PbI2 등이 모두 앙금이었기 때문에 머릿 속에 할로겐은 앙금을 만드는 이온으로 자연스럽게 받아들이게 된 것이다. 그러면, 슬쩍 이렇게 이야기해준다.
"할로겐은 웬만해서는 앙금을 만들지 않아. 아! 예외인 경우가 있는데 혹시 알랑가?"
[알림] 아래 내용은 직접 구성한 것이 아닌 시그마 알드리치(sigmaaldrich) 웹페이지 내용(링크)을 번역한 것입니다. 번역 과정에서 약간의 의미 변동이 있을 수 있으니 원문을 확인하고 싶으신 분들은 링크를 참고하시기 바랍니다.
1. 용해도 화학 (Solubility Chemistry)
수용액 환경에서 화학 물질이 어떻게 상호작용 하는지에 대해 아는 것은 중요하다. 어떤 용질은 용해되지만 어떤 용질은 침전물(precipitate)을 형성하거나 고체를 석출 시킨다. 또한 일부는 물과 반응한다.
일상생활에서도 용해도와 관련된 문제를 겪는다. 물에 균일하게 녹지 않는 핫초코나 분말형태의 음료는 우리가 원치 않는 침전물의 예이다. 화장실의 석회 자국이나 비누 찌꺼기는 미네랄 함량이 높은 물이 만들어낸 침전물 중 하나이다. 보통 물에 용해되어있던 금속 양이온 성분들과 탄산 음이온, 비누의 음이온이 만나 만들어진다.
용해도는 실험실 환경뿐만 아니라 의학에서도 중요하다. 일부 이온은 용액으로부터 분리될 때, 독성을 나타낼 수도 있지만, 화합물의 형태로는 유용할 수도 있다.
포화 용액(saturated solution)이란, 최대량의 용질이 녹아있는 상태의 용액을 말한다. 반대 개념은 희석 용액(dilute solution)이다. 이는 용액에 용질이 더 녹을 수 있음을 뜻한다.
압력과 온도는 용해도에 영향을 준다. 이 페이지에서는 상온(room temperature)과 표준 압력(standard pressure)에서의 용해도에 대해 논의하려 한다. 또한 화합물이 물에 녹은 용액, 즉 수용액을 대상으로 한다.
2. 용해도 규칙 (Solubility Rule)
1) 가용성(soluble) 이온: 어떤 이온이 용해될까?
2) 난용성(slightly soluble) 이온: 약간 용해되는 이온은 무엇일까?
3) 불용성(insoluble) 이온: 녹지 않는 이온은 무엇일까?
4) 어떤 방법으로 용해도 규칙을 확인할 수 있을까?
- 용해도를 확인하고 싶은 화합물을 특정 짓고, 구성 이온을 구분할 수 있도록 화학식을 작성한다.
- 위의 <표 1 ~ 3>에서 화학식에 포함된 이온을 찾는다. 왼쪽 열에서 일반적인 경향성을 확인하고, 오른쪽 열에서 예외사항에 해당하는지를 확인한다.
- 또는 아래의 <그림 1>의 용해도 규칙 도표에서 이온을 찾는다. 양이온은 상단에, 음이온은 수직으로 양쪽에 나열되어 있다. 양이온과 음이온이 교차하는 지점의 셀을 찾아 용해도를 확인한다.
3. 용해도 규칙 도표
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4. 용해도 정의
용해도에 대해 이야기할 때, 표준 정의를 따르는 것은 유용하다. 위의 녹음, 약간 녹음, 녹지 않음으로 구분한 분류는 비교적 느슨하고, 포괄적인 구분이다.
의약품, 식품 성분, 식이 보조제 제품 및 성분에 대한 표준을 위한 비영리 단체인 미국 약전(The United States Pharmacopeia, USP)에서는 아래 <표 4>와 같이 용해도를 정의하였다.
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