물의 용매로서의 특성

물의 용매로서의 특성

물의 특성은 주로 물의 극성 성질이 결정합니다. 염화 칼룸(KCI)과 같이 완전히 전하를 띤 이온성 화합물과 에틸알코올(C2 H5 OH)이나 아세톤과 같이 부분적인 전하를 갖고 있는 극성 화합물들은 물에 녹기 쉽습니다. 여기에 근본이 되는 물리법칙은 서로 다른 전하들끼리의 정전기적 인력입니다. 물 분자의 음전하 말단은 양이온이나 다른 쌍극자의 양전하 말단을 끌어당깁니다. 서로 다른 전자들이 정전기적 인력 때문에 서로 가까이 모여 뭉쳐지면, 이런 상호작용이 일어날 수 없을 때에 가질 수 있는 에너지보다 더 적은 에너지를 갖습니다. 에너지가 감소되면 그 계가 더욱 안정화되고 따라서 계의 존재 가능성은 더 높아집니다. 이러한 이온-쌍극자, 쌍극자-쌍극자 상호작용은 관련된 에너지의 양적 측면에서 볼 때, 물 분자 자신들끼리의 상호작용과 비슷합니다. 물에 잘 녹는 극성 화합물의 예로는, 음전하를 띤 원자를 1개 이상 가지고 있는 작은 유기분자들을 들 수 있는데, 여기에는 알코올, 아민, 카복실산 등이 속합니다. 이러한 쌍극자 분자들은 쌍극자인 물과의 인력 때문에 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있으며 이온성 물질 및 극성 물질들은 이러한 경향 때문에 친수성이라고 부르기도 합니다.

 탄화수소들은 비극성입니다. 비극성 화합물의 경우에는 이온성 화합물과 극성 화합물의 용해성의 원인이 되는 이온-쌍극자, 쌍극자-쌍극자 상호작용은 일어나지 않습니다. 따라서 이런 화합물은 물에 잘 녹지 않습니다. 비극성 분자와 물 분자 간의 상호작용은 쌍극자들 간의 상호작용보다 약합니다. 물 분자는 영구쌍극자인데, 비극성 분자의 결합 내에 있는 전자의 공간적 배열을 왜곡시켜 비극성 분자를 일시적인 쌍극자가 되게 유도합니다. 유도 쌍극자인 비극성 분자와 영구 쌍극자인 물 분자 사이에는 정전기적 인력이 일어날 수 있지만, 영구 쌍극자들 간의 인력만큼 강하지 않습니다. 그에 따라 발생하는 에너지의 감소는 물 분자들끼리 서로 끌어당김으로써 생기는 ㅇ[너지의 감소량보다 적습니다. 비극성 분자가 물과 결합하는 작용은 물 분자가 자신들끼리 결합하는 작용보다 훨씬 덜 일어나는 것으로 생각됩니다.

 

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비극성 물질

비극성 물질들이 물에 녹지 않는 이유를 충분히 검토하려면 열역학적 논의가 필요합니다. 물 분자들이 비극성 분자들과 결합하는 것은 물 분자들이 다른 물 분자들과 결합하는 것보다 열역학적으로 덜 선호된다는 사실입니다. 비극성 분자들은 물에 녹지 않기에 소수성이라고 부리기도 합니다. 탄화수소는 특히 수용액 환경에서 자신을 격리시키려는 경향이 있습니다. 비극성인 고체는 녹지 않는 물질로 물속에 남아 있습니다. 비극성인 액체가 물과 같이 있으면 두 층이 형성됩니다. 그 예가 물 위에 뜬 기름입니다.

소수성 상호작용

분자 하나가 극성 및 비극성 부분을 다 가지고 있을 수도 있습니다. 이런 유형을 친양쪽성이라고 합니다. 친양쪽성 물질 중 대표적인 예는 긴 사슬 지방산을 들 수 있습니다. 극성인 카복실산 작용기와 긴 비극성 탄화수소로 된 부분을 가지고 있습니다. '머리' 부분에 해당하는 카복실산 작용기는 탄소와 수소 외에도 2개의 산소 원자를 가지고 있습니다. 카복실산 작용기는 극성 성질이 매우 커서 중성 pH에서 카복실산염 음이온을 형성할 수 있습니다.

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학편 발췌