용액, 용해 과정

용액, 용해 과정

 

---------------------------------------------------

 

용해 과정의 분자적 고찰

 

 

1. 용액 안에는 3가지 종류의 분자간 인력이 존재

 

(1) 용질-용질 상호작용

(2) 용매-용매 상호작용

(3) 용질-용매 상호작용

---> 용해도는 이 3가지 상호작용의 상대적 세기에 의존

 

 

 

2. 용액 형성 조건

 

용질-용매 상호작용 ≥ 용질-용질 상호작용

용질-용매 상호작용 ≥ 용매-용매 상호작용

 

 

 

3. 용액 형성의 에너지론

 

<용해 단계>

1 단계 : 용매 분자들의 분리. 흡열 과정, ΔH1

2 단계 : 용질 분자들의 분리. 흡열 과정, ΔH2

3 단계 : 용매와 용질 분자의 혼합, 발열 혹은 흡열 과정, ΔH3

 

용해열, ΔHsoln = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

 

① 용매-용질간 인력 > 용매-용매, 용질-용질간 인력 → 발열 과정: ΔHsoln<0

② 용매-용질간 인력 < 용매-용매, 용질-용질간 인력 → 흡열 과정: ΔHsoln>0

 

①의 경우에는 엔탈피 (-), 엔트로피 (+) → 자유에너지 (-)

②의 경우에는 엔탈피 (+), 엔트로피 (+) → 자유에너지 (-)

 

 

①의 경우에는 전혀 이상하지 않다. 이성적으로나, 에너지적으로나.

But, ②의 경우에는 좀 이상하다.

먼저 에너지적으로 불리하고, (흡열 과정)

이성적으로도 이해 안 된다. (용매-용질간 인력 < 용매-용매, 용질-용질간 인력)

 

 

화학에서 다루는 변화는, 그것이 물리적이든 화학적이든,

두 명의 도사, 이를테면 배추도사, 무도사가 허락을 해야 가능하다.

 

 

 

배추도사는 엔탈피(H)이고, 무도사는 엔트로피(S)이다.

근데 무도사한테는 온도(T)라는 제자가 있다.

그리고 이들 도사 위에는 옥황상제가 계시지, 이름하야, 자유에너지(G).

 

 

이들 사이에는 다음과 같은 관계식이 존재한다.

ΔG = ΔH - TΔS

---> 자유에너지의 값이 0보다 작을 때, 비로소 변화가 일어난다, 정방향으로.

 

 

 

[참고] 가열시키면 고체의 용해도가 증가하는 이유
일반적으로 고체의 용해 과정은 발열 과정(ΔH<0)이고,
온도가 높을수록 TΔS 항이 증가하므로,
ΔG는 더 큰 음수가 된다.
이 때문에 온도가 높을수록, 고체의 용해도는 증가한다.