친수성
1. 개요
친수성은 물과 같은 극성 물질과의 상호 작용이 소수성 물질보다 열역학적으로 유리한 분자 또는 분자 부분을 의미한다. 친수성 분자는 극성을 띠고 수소 결합을 할 수 있어 물을 비롯한 극성 용매에 잘 녹는다. 유기 화합물의 경우, 탄소 5개당 1개 이상의 중성 친수성 그룹 또는 탄소 7개당 1개 이상의 전하를 띤 친수성 그룹이 있으면 물에 대한 용해도가 1% 이상이 되는 경향이 있다. 친수성 액체에는 암모니아, 알코올, 아세트산 등이 있으며, 친수성 막은 다양한 액체의 여과에 사용된다.
| 정의 | 물과 섞이거나 물에 녹는 경향이 있는 분자 또는 표면의 특성 |
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| 관련 용어 | 친화성 |
| 어원 | lang: en value: water (물) lang: en value: friendship (친목) lang: gr value: φιλια (필리아) |
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분자간 힘 -
소수성
소수성은 물을 기피하는 성질로, 생물학, 화학 등 다양한 분야에서 중요하게 다루어지며, 미셀 형성, 단백질 구조 형성, 초소수성 현상 등과 관련되어 자가 세척, 랩온어칩, 제약 분야 등에 응용된다. -
분자간 힘 -
반데르발스 힘
반데르발스 힘은 원자, 분자, 표면 간에 작용하는 인력으로, 입자들의 변동하는 극성화 상관관계에서 발생하며, 영구 다극자, 유도된 다극자, 순간 다극자 간 상호작용의 총합으로, 공유결합이나 이온결합보다 약하지만 물질의 물리적·화학적 특성, 생체 분자 상호작용, 도마뱀붙이의 벽면 부착 등에 중요한 역할을 한다. -
생화학 -
부패
부패는 미생물에 의한 유기체의 사후 분해 과정으로, 악취 물질 생성, 시신 외형 변화를 동반하며 환경적·내적 요인에 따라 속도가 달라지고 법의학 등에서 연구된다. -
생화학 -
광합성
광합성은 생물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하고 산소를 방출하는 과정으로, 엽록체 내 틸라코이드 막에서 일어나는 명반응과 스트로마에서 일어나는 암반응으로 구성되며, 환경에 따라 탄소 농축 메커니즘을 통해 효율을 높이기도 하고, 지구 대기의 산소를 생성하는 주요 원천이다. -
화학 결합 -
원자가 전자
원자가 전자는 원자의 최외각 전자껍질에 존재하며 화학적 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 하고, 주족 원소는 최외각 전자껍질의 전자로 정의되지만 전이 원소는 (n-1)d 궤도의 전자도 포함하며, 주기율표 족에 따라 예측 가능하지만 예외도 존재하고, 화학 결합, 산화 상태, 전기 전도도에 영향을 미친다. -
화학 결합 -
파울리 배타 원리
파울리 배타 원리는 1925년 볼프강 파울리가 제시한 양자역학 원리로, 동일한 페르미온은 동일한 양자 상태에 존재할 수 없으며, 원자의 전자 배치, 화학 결합, 천체 특성 등을 설명하는 데 중요한 역할을 한다.
2. 성질
친수성 분자 또는 분자는 물 및 기타 극성 물질과의 상호 작용이 기름 또는 기타 소수성 용매와의 상호 작용보다 열역학적으로 더 유리하다. 이들은 일반적으로 전하가 분극되어 있으며 수소 결합을 할 수 있어 물뿐만 아니라 극성 용매에도 용해된다. 친수성 분자는 극성 분자라고도 한다.
친수성 물질(예: 염)이나 설탕은 공기 중의 물을 끌어들이는 성질이 있어 음식에서 물을 빼내는 데 사용되기도 한다. 예를 들어, 잘린 과일에 설탕을 뿌리면 친수성으로 인해 물이 빠져나와 과일이 물렁하고 젖게 된다.
친수성은 물과 수소 결합을 형성하여 물에 잘 섞이거나 용해되는 성질이며, 이는 열역학적으로 선호되는 (자유 에너지를 감소시키는) 현상이다. 친수성 분자는 물 외에도 극성 용매에 잘 용해된다. 다만, 물에 용해되지 않더라도 물질 표면이 물에 젖기 쉬운 (물방울을 만들지 않고 튕겨내지 않는) 경우에도 친수성이라고 표현한다.
친수성 분자(예: 에탄올 등)나 친수성기(예: 지방산의 카르복실산 잔기 등)는 극성에 의해 수소 결합을 형성할 수 있기 때문에, 기름이나 소수성 용매보다 물에 더 잘 녹는다.
2.1. 양친매성 분자
어떤 경우에는 친수성 및 소수성 특성이 단일 분자에서 모두 나타난다. 이러한 양친매성 분자의 예로는 세포막을 구성하는 지질이 있다. 또 다른 예로는 친수성 머리와 소수성 꼬리를 가지고 있어 물과 기름 모두에 용해되는 비누가 있다. 양친매성 물질인 비누는 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 가지므로, 극성 용매와 비극성 용매 양쪽에 용해된다.
3. 화학
고체 화학 물질과 복합체를 이룬 액체 친수성 화학 물질은 소수성 화학 물질의 용해도를 최적화하는 데 사용될 수 있다. 친수성은 물과 수소 결합을 형성하여 물에 용해되기 쉽거나, 물과 섞이기 쉬운 성질이며, 열역학적으로 선호되는 (\자유 에너지를 감소시키는) 현상이다. 친수성 분자는 물 외에도 극성 용매에도 잘 녹는다. 다만, 물에 용해되지 않는 경우에도, 물질 표면이 물에 젖기 쉬운 (물방울을 만들지 않고, 튕겨내지 않는) 경우에도 친수성이라고 표현하는 경우가 있다.
친수성 분자(예: 에탄올 등) 또는 친수성기 (예: 지방산의 카르복실산 잔기 등)는 그 극성에 의해 수소 결합을 형성할 수 있기 때문에, 기름이나 소수성 용매보다 물에 녹기 쉽다. 친수성 분자는 쌍극자 모멘트나 유전율로부터 극성 분자로도 알려져 있다. 몇몇 친수성 물질은 불용성이며, 이러한 혼합물을 콜로이드라고 한다. 양친매성 물질인 비누는 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 가지므로, 극성 용매와 비극성 용매 양쪽에 용해된다.
3.1. 액체
친수성 액체의 예로는 암모니아, 알코올, 요소와 같은 일부 아마이드, 아세트산과 같은 일부 카복실산 등이 있다. 친수성은 물과 수소 결합을 형성하여 물에 용해되기 쉽거나, 물과 섞이기 쉬운 성질이며, 열역학적으로 선호되는 (자유 에너지를 감소시키는) 현상이다. 또한, 친수성 분자는 물 외에도 극성 용매에도 잘 녹는다. 다만, 물에 용해되지 않는 경우에도, 예를 들어 물질 표면이 물에 젖기 쉬운 (물방울을 만들지 않고, 튕겨내지 않는) 경우에도 친수성이라고 표현하는 경우가 있다.
친수성 분자는 쌍극자 모멘트나 유전율로부터 극성 분자로도 알려져 있다. 몇몇 친수성 물질은 불용성이며, 이러한 혼합물을 콜로이드라고 한다. 양친매성 물질인 비누는 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 가지므로, 극성 용매와 비극성 용매 양쪽에 용해된다.
3.1.1. 알코올
알코올에서 발견되는 하이드록실기(-OH)는 극성을 띠기 때문에 친수성을 나타내지만, 탄소 사슬 부분은 무극성이므로 소수성을 띤다. 탄소 사슬이 길어질수록 분자는 전체적으로 더 무극성이 되어 극성인 물에 대한 용해도가 감소한다. 메탄올은 모든 알코올 중 가장 짧은 탄소 사슬(탄소 원자 1개)을 가지며, 에탄올(탄소 원자 2개)과 1-프로판올과 그 이성질체인 2-프로판올은 모두 물과 섞일 수 있다. 탄소 원자 4개를 가진 tert-부틸 알코올은 이성질체 중에서 물과 섞일 수 있는 유일한 물질이다.
3.2. 고체
고체 표면의 친수성은 표면 에너지, 표면 거칠기, 화학적 조성과 같은 여러 요인에 의해 결정된다. 일반적으로 표면 에너지가 높고 매끄러우며 극성 작용기를 포함하는 표면은 친수성을 띤다.
3.2.1. 사이클로덱스트린
사이클로덱스트린은 소수성 분자를 포획하여 제약 용액을 만드는 데 사용된다. 사이클로덱스트린과 소수성 분자의 포접 화합물은 신체 조직을 관통할 수 있으므로, 특정 조건에서 생물학적 활성 화합물을 방출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 테스토스테론은 하이드록시프로필-베타-사이클로덱스트린(HPBCD)과 복합체를 이루어 설하 투여 경로를 통해 흡수율을 높일 수 있다.