물에 대한 3가지 기체(질소, 일산화탄소, 산소)의 용해도

물에 대한 3가지 기체(질소, 일산화탄소, 산소)의 용해도

 

 

(용해도는 20℃ 물에서, 기체의 압력이 1 atm일 때의 값입니다.)

 

먼저 용질 분자간 힘(인력)의 크기를 끓는점을 통해 비교해보면,

[ 산소 > 일산화탄소 > 질소 ]임을 알 수 있습니다.

 

분산 힘은 물질의 질량에 비례하기 때문에, 산소의 끓는점이 질소 보다 높다는 것은 쉽게 이해됩니다.

 

일산화탄소는 서로 다른 원자간 공유결합으로 이루어진 분자이기 때문에, 당연히 극성물질입니다. 그러나 쌍극자 모멘트 값을 보면, 그 값이 상당히 작습니다.

(작은 이유에 대한 설명 링크)

 

이 때문에 산소 분자 사이의 분산 힘(순간쌍극자-유도쌍극자 힘)이

(산소 분자의 보다 큰 질량에 의한)

일산화탄소 분자 사이의 영구쌍극자-영구쌍극자 힘보다 큽니다.

그 결과, 산소의 끓는점이 일산화탄소 보다 높습니다.

 

반면에, 질소와 일산화탄소의 경우에는 서로 질량이 같기 때문에,

일산화탄소의 영구쌍극자-영구쌍극자 힘이 질소의 분산 힘보다 큽니다.

그 결과, 일산화탄소의 끓는점이 질소 보다 높습니다.

 

그다음 용질-용매 분자간 힘(인력)의 크기를 물에 대한 용해도를 통해 비교해보면,

[ 산소-물 > 일산화탄소-물 > 질소-물 ]임을 알 수 있습니다.

 

용질-용매 분자간 힘의 크기 역시 용질 분자간 힘의 크기 이유와 유사합니다.

 

극성분자인 물과 비극성분자인 산소(또는 질소) 사이에 작용하는 힘은

영구쌍극자-유도쌍극자 힘입니다.

비극성분자의 편극(분극) 현상은 물질의 질량에 비례하여 잘 발생합니다.

따라서 물질의 질량이 클수록 유도쌍극자가 쉽게 형성되므로,

질소 보다는 산소가 물에 보다 쉽게, 많이 용해됩니다.

 

일산화탄소와 물 사이에 작용하는 힘은 영구쌍극자-영구쌍극자 힘이지만,

위에서 설명한 바와 같이 일산화탄소의 쌍극자 모멘트 값이 매우 작기 때문에,

산소보다는 용해도가 낮고, 질소보다는 용해도가 높습니다.