용해
용해 (溶解, dissolution)는 어떤 물질(용질)이 다른 물질(용매) 속에 녹아 균일한 혼합물인 용액을 형성하는 과정을 말한다. 즉, 용질의 입자가 용매 분자 사이로 흩어져 분산되는 현상이다. 용해는 물리적인 변화에 속하지만, 용질과 용매 간의 화학적 상호작용이 관여하는 경우도 있다.
용해 과정
용해 과정은 일반적으로 다음 단계를 거친다고 설명된다.
- 용질 분리: 용질 입자 간의 인력을 끊고 분리하는 데 에너지가 필요하다.
- 용매 분리: 용매 분자 간의 인력을 끊고 용질이 들어갈 공간을 만드는 데 에너지가 필요하다.
- 용질-용매 결합: 용질과 용매 분자가 서로 인력을 형성하여 결합하면서 에너지를 방출한다.
용해 과정 전체의 에너지 변화는 용해열(enthalpy of solution)로 나타내며, 이는 용질 분리, 용매 분리, 용질-용매 결합에 필요한 에너지 변화의 합으로 계산된다. 용해열이 음수이면 발열 용해, 양수이면 흡열 용해라고 한다.
용해에 영향을 미치는 요인
- 온도: 일반적으로 고체 용질의 경우, 온도가 증가하면 용해도가 증가한다. 기체 용질의 경우, 온도가 증가하면 용해도가 감소한다.
- 압력: 액체 용질 또는 고체 용질의 용해도에 압력은 큰 영향을 미치지 않지만, 기체 용질의 경우 압력이 증가하면 용해도가 증가한다. (헨리의 법칙)
- 용매와 용질의 극성: 극성 용매는 극성 용질을 잘 용해시키고, 무극성 용매는 무극성 용질을 잘 용해시킨다. (유유상종, like dissolves like)
- 용질의 입자 크기: 용질의 입자 크기가 작을수록 표면적이 증가하여 용해가 더 빠르게 일어난다.
- 교반: 용액을 교반하면 용질이 용매에 더 잘 분산되어 용해 속도가 빨라진다.
용해도의 표현
용해도는 특정 온도와 압력에서 용매 일정량에 최대로 녹을 수 있는 용질의 양으로 정의된다. 일반적으로 용해도 단위는 g/100 mL 또는 mol/L 등으로 표시된다.
용해의 활용
용해는 화학, 생물학, 약학, 식품 산업 등 다양한 분야에서 널리 활용된다. 예를 들어, 약물 제형 개발, 화학 반응, 물질 분리 및 정제, 식품 제조 등에 사용된다.