혼화성
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1. 개요
혼화성은 물질이 서로 섞이는 성질을 의미하며, 유기 화합물, 금속, 고분자 등 다양한 물질의 혼화성에 대해 다룬다. 유기 화합물의 경우 탄소 사슬의 길이에 따라 물과의 혼화성이 달라지며, 알코올, 카르복시산, 지질 등에서 이러한 경향을 보인다. 금속은 합금을 형성하지 못하고 층으로 분리되는 비혼화성 특성을 보이며, 이를 이용하여 특정 재료를 제조하거나 파크스법과 같은 추출법에 활용된다. 고분자 혼합물의 혼화성은 엔트로피 효과에 의해 결정될 수 있으며, 광학적 방법을 통해 혼화성을 판단할 수 있다. 또한 일부 게임에서는 물약의 혼화성을 설정하여 다양한 게임 효과를 부여한다.
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혼화성 | |
---|---|
개요 | |
정의 | 두 물질이 어떤 비율로 혼합되어도 균일한 용액을 형성하는 능력 |
반대 개념 | 섞이지 않음 |
상세 설명 | |
혼합성 | 두 물질이 어떤 비율로든 균일한 혼합물을 형성할 수 있는 성질 |
섞이지 않음 | 특정 비율에서는 용액을 형성하지만 다른 비율에서는 분리되는 경우 |
예시 | 에탄올과 물은 혼합성이 높음 |
참고 | 혼합성은 주로 액체에 적용되지만, 일부 기체도 서로 혼합될 수 있음 |
같이 보기 | |
관련 개념 | 혼합물 용해도 |
2. 유기 화합물의 혼화성
유기 화합물의 혼화성은 탄화수소 사슬의 길이와 작용기의 종류에 따라 결정되는 경우가 많다. 탄화수소 사슬의 중량 퍼센트가 높을수록 물과의 혼화성은 낮아지는 경향이 있다.
예를 들어 알코올의 경우, 에탄올은 탄소 원자가 두 개여서 물과 잘 섞이지만, 1-부탄올은 탄소 원자가 네 개로 물과 잘 섞이지 않는다.[3] 1-옥탄올은 탄소 원자가 여덟 개나 되어 물에 거의 녹지 않으며, 이러한 성질 때문에 분배 평형의 표준으로 사용된다.[4]
카르복시산의 경우도 비슷하게, 부탄산은 탄소 원자가 네 개여서 물과 잘 섞이지만, 발레르산은 탄소 원자가 다섯 개여서 부분적으로만 용해되고, 헥산산은 탄소 원자가 여섯 개여서 거의 녹지 않는다.[5] 지방산이나 지질처럼 탄소 사슬이 매우 긴 경우에는 물과 거의 섞이지 않는다.
알데하이드나 케톤과 같은 다른 작용기를 가진 유기 화합물에서도 비슷한 경향이 나타난다.
2. 1. 알코올의 혼화성
유기 화합물에서 탄화수소 사슬의 중량 퍼센트는 종종 화합물의 물과의 혼합성을 결정한다. 알코올은 수화되기 쉬운 친수기인 히드록시기와 소수성의 탄화수소기로 구성되어 있으며, 히드록시기가 물 분자와 수소 결합을 하여 알코올 분자가 수화되기 때문에, 특히 탄소 수가 적은 1가 알코올은 물과 자유롭게 섞인다. 예를 들어, 알코올 중에서 에탄올은 탄소 원자가 두 개이며 물과 혼합되지만, 탄소 원자가 네 개인 1-부탄올은 혼합되지 않는다.[3] 탄소 원자가 여덟 개인 1-옥탄올은 물에 거의 불용성이며, 이러한 불혼합성으로 인해 분배 평형의 표준으로 사용된다.[4]2. 2. 카르복시산의 혼화성
유기 화합물에서 탄화수소 사슬의 중량 퍼센트는 종종 화합물의 물과의 혼합성을 결정한다. 카르복시산의 경우, 탄소 원자가 네 개인 부탄산까지는 물과 혼합되지만, 탄소 원자가 다섯 개인 발레르산(펜탄산)은 부분적으로 용해되고, 탄소 원자가 여섯 개인 헥산산은 거의 물에 녹지 않는다.[5] 이는 탄소 사슬이 길어질수록 소수성이 커져 물과의 혼화성이 감소하기 때문이다. 더 긴 지방산과 다른 지질도 마찬가지로, 매우 긴 탄소 사슬은 거의 항상 물과 혼합되지 않게 만든다.2. 3. 기타 유기 화합물의 혼화성
유기 화합물에서 탄화수소 사슬의 중량 퍼센트는 종종 화합물의 물과의 혼합성을 결정한다. 알데하이드와 케톤과 같은 다른 작용기에서도 유사한 상황이 발생한다.[15] 예를 들어, 알코올에서 에탄올은 탄소 원자가 두 개이며 물과 혼합되지만, 탄소 원자가 네 개인 1-부탄올은 혼합되지 않는다.[13] 탄소 원자가 여덟 개인 1-옥탄올은 물에 거의 불용성이며, 이러한 불혼합성으로 인해 분배 평형의 표준으로 사용된다.[14]탄소 원자가 네 개인 부탄산까지의 직쇄 카르복시산은 물과 혼합되지만, 탄소 원자가 다섯 개인 발레르산(펜탄산)은 부분적으로 용해되고, 탄소 원자가 여섯 개인 헥산산은 거의 불용성이다.[15] 더 긴 지방산과 다른 지질도 마찬가지이다. 지질의 매우 긴 탄소 사슬은 거의 항상 물과 혼합되지 않게 만든다.
3. 금속의 혼화성
금속의 혼화성은 합금 형성과 관련이 있다. 서로 섞이지 않는 금속들은 합금을 형성할 수 없다. 일반적으로 용융 상태에서는 혼합이 가능하지만, 응고되면 층으로 분리된다. 이러한 특성을 이용하여 섞이지 않는 금속의 용융 혼합물을 빠르게 냉각시켜 고체 침전물을 형성할 수 있다.[6]
일부 금속은 액체 상태에서도 섞이지 않는다. 산업적으로 중요한 예로, 액체 아연과 액체 은은 액체 납과 섞이지 않지만, 은은 아연과 섞인다.
3. 1. 비혼화성 금속의 예
구리와 코발트는 서로 섞이지 않아 합금을 형성할 수 없다. 이들은 용융 상태에서는 혼합이 가능하지만, 응고 시 층으로 분리된다. 이러한 특성을 이용하여 과립형 GMR 재료를 만드는 데 사용되었다.[6]아연과 은은 액체 납과 섞이지 않지만, 은은 아연과 섞이는 성질이 있다. 이를 이용하여 파크스법이라는 액체-액체 추출 방법을 통해 은을 추출한다. 파크스법은 은을 포함하는 납을 아연과 함께 용융시킨 후, 은이 아연으로 이동하면 상단의 아연을 제거하고 아연을 증발시켜 순수한 은을 얻는 방식이다.[7]
4. 엔트로피 효과
고분자 혼합물의 구성 엔트로피가 각 성분보다 낮거나, 고분자 혼합물이 각 성분보다 낮은 배열 엔트로피를 나타낼 경우, 액체 상태라도 서로 섞이지 않을 가능성이 높다.[8][9][18][19]
5. 혼화성의 결정
두 물질의 혼화성은 주로 광학적으로 결정된다. 혼합 가능한 액체를 결합하면 투명한 용액이 형성되고, 혼합되지 않는 액체를 결합하면 흐릿한 혼합물이 생성된다. 다만, 두 물질의 굴절률이 비슷한 경우에는 혼합되지 않는 혼합물이 투명하게 보일 수 있으므로 주의해야 한다.[10]
5. 1. 굴절률에 따른 혼화성 판단
두 물질의 혼화성은 종종 광학적으로 결정된다. 두 액체가 혼화성일 때, 얻어지는 혼합 액체는 투명하다. 혼합 액체가 탁하면 두 물질은 비혼화성이다.[10] 하지만 이 결정 방법에는 충분한 주의가 필요하다. 만약 두 물질의 굴절률이 같다면, 그것들의 혼합 액체는 비혼화성이어도 투명하며, 혼화성을 잘못 결정할 가능성이 있다.[10][20]6. 게임에서의 혼화성
많은 게임에서 물약을 설정으로 두고 있으며, 일부 게임(던전즈&드래곤즈 등)에서는 캐릭터가 물약을 섞었을 때 어떤 일이 일어나는지에 대한 "혼화성" 규칙이 있다. 이러한 규칙은 시험관 내(in vitro) 또는 체내(in vivo)와 같이 섞는 조건에 따라서도 달라진다.[21] "비혼합성" 물약은 게임에서 폭발물과 같은 효과를 내는 경우가 많다.
참조
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웹사이트
I Wouldn't Drink That If I Were You: Potion Miscibility
http://archive.wizar[...]
2019-01-28
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