혼합물의 종류와 용액

1. 혼합물의 종류

1) 불균일 혼합물

혼합물은 두 가지 이상의 순물질이 각각의 화학적 성질에는 변화가 없이 임의의 비율로 섞여 있는 것입니다. 혼합물은 겉보기에 따라 불균일(heterogeneous) 혼합물과 균일(homogeneous) 혼합물로 나눌 수 있습니다. 불균일 혼합물은 구성 성분들이 육안으로 보았을 때, 균일하게 혼합되지 않아 영역에 따라 서로 다른 조성으로 나타납니다. 균일 혼합물은 적어도 육안으로 보기에는 균일하게 혼합이 이루어져 전 영역에 걸쳐 일정한 조성을 갖습니다.

2) 균일 혼합물

균일 혼합물은 구성 입자의 크기에 따라 용액(Solution) 또는 콜로이드(Colloid)로 분류할 수 있습니다. 용액은 가장 대표적인 균일 혼합물로서, 전형적인 이온이나 작은 분자의 크기인 지름 0.1 ~ 2 nm 범위로 되어 있습니다. 용액은 색깔을 띠는 경우에도 투명하며, 가만히 방치해 두었을 때 분리되지 않습니다. 콜로이드는 지름 2 ~ 500 nm 범위의 더 큰 입자들을 포함하고 있습니다. 콜로이드는 흐리거나 불투명하지만 가만히 방치 해두었을 때 분리되지 않습니다. 현탁액(suspension)이라고 하는 혼합물은 콜로이드보다 더 큰 입자를 갖습니다. 현탁액은 가만히 방치 해두었을 때, 입자들이 분리되고 이는 저분해능 현미경으로도 관찰되기 때문입니다.

2. 용액

용액은 일반적으로 고체가 액체에 용해된 것 또는 액체들의 혼합물이라고 생각하기 쉽지만, 이외의 여러 다른 종류에 용액도 가능합니다. 실제로 어떤 한 상태의 물질은 다른 상태의 물질과 용액을 형성할 수 있고, 아래와 같이 7가지 서로 다른 종류에 용액이 가능합니다.

기체 중의 기체 : 공기

액체 중의 기체 : 탄산수

고체 중의 기체 : 팔라듐 금속 중의 $ H_{2} $

액체 중의 액체 : 가솔린

고체 중의 액체 : 치과용 아말감

액체 중의 고체 : 바닷물

고체 중의 고체 : 법정 순도의 은과 같은 합금

기체 또는 고체가 액체에 용해된 용액에서, 용해된 물질을 용질(solute)이라고 하고, 액체는 용매(solvent)라고 합니다. 한 액체가 다른 액체에 용해된 경우, 일반적으로 소량 성분을 용질이라 하고 다량 성분을 용매라고 합니다.

공기와 같은 기체 중의 기체 혼합물의 예외적인 경우를 제외하고는 다른 종류의 용액들은 응축상(condensed phase)으로서 액체나 고체 상태를 가집니다. 따라서 순수한 액체와 고체의 성질을 설명하기 위해서는 분자간 힘(intermolecular force)을 고려해야 하고, 용액의 설질 설명에서도 중요합니다. 하지만 용액에서의 상황은 순수한 물질과 달리 용질-용질, 용매-용매, 용매-용질의 3가지 유형의 상호작용을 고려해야 합니다. 아래는 분자적 관점에서 용액의 형성 과정을 세 개의 개별 단계로 나타낸 것입니다. 각 단계의 엔탈피 변화는 분자들을 분리하거나 분자들을 모이도록 하는 데 수반되는 분자간 힘에 의해 결정됩니다.