분석화학 이온 세기가 염의 용해도에 미치는 영향 #31

이온의 세기가 염의 용해도에 미치는 영향! 이온 세기는 비활성 염에 농도로 생각하면 된다. 관심 있는 이온이 있고, 그 이온 주변 다른 이온(비활성 염)이 있다. 앞에서 철이온이 관심! 비활성 염은 철염 주변에 있는 이온에 해당된다.
관심 있는 반응에 있을 때 CaSO4에 비활성 염인 KNO3를 첨가한다면 CaSO4 용해 반응에 어떤 영향을 미치는지! 비활성염(제 3의 이온)의 농도에 따라 염의 용해도에 미치는 영향이 다르다. 비활성 염은 우리가 관심을 갖는 이온들(Ca2+, SO42-)을 둘러싸고, 얼마나 잘, 많이 둘러싸느냐가 이온세기에 해당하고 평형상수가 바뀐다.
즉, 이온세기가 강하다는 비활성 염의 해당되는 이온의 양(농도)가 많다. 주의해야 할 것은 관심 있는 이온세기가 아니라 관심 없는 제3의 이온들의 세기를 말하는 거다. 관심 있는 이온들을 둘러싸서 반응을 방해하니까 다시 역반응을 통해서 CaSO4가 만들어지지 못하니까 정반응이 더 많이 진행된다. 원래 평형이라는 것은 정, 역반응이 속도가 같고 반응이 계속 일어나지만 밖에서 보면 반응 없이 일정한 농도가 유지되는 것처럼 보이고 이때 평형상수가 일정하게 된다. 그런데 비활성 염을 넣으면 Ca2+, SO42-을 둘러싸서 역반응 속도가 줄어고 정반응이 많이 진행되는 평형상수로 바뀐다. Ca2+, SO42-는 평형상수에서 분자에 해당하고, Ksp값의 평형상수기도하며 값이 커지니까 결국 용해도는 커진다!
이온 분위기: 관심 있는 이온(Ca2+, SO42-) 주변에 다른 이온들이 둘러싸는 정도. 이온 분위기는 관심 있는 이온 사이(Ca2+, SO42-)의 인력을 감소시켜 역반응을 줄이고 정반응을 우세한 결과를 준다.

이온 분위기는 용액 속에서 음, 양 이온 주위 알짜 양전하 알짜 음전하가 존재하는 영역이다. 음이온이 있다면 다른 양이온이 둘러싸고, 그런 양이온들이 둘러싸는 능력은 어느 정도 크기가 있을 거고 그럴 때 양이온의 밀도는 중심에 있는 음이온으로부터 멀어질수록 밀도는 줄어들다가 나중에는 음이온에 둘러싸는 양이온이 존재하지 않는 영역까지가 이온 분위기이다. 위 과량의 의미는 Ca2+, SO42- 는 잘 녹지 않는 CaSO4 염으로부터 녹아 나온 이온이라서 용액 속에 아주 미량만 존재하는 반면, 비활성 염은 0.1M 처럼 진하게 존재한다는 것이다.
일반적으로 이온세기가 염의 용해도와 평형 미치는 영향을 생각해볼 때 관심 대상이 되는 반응의 이온 농도는 매우 작고 이온세기에 기여하는 비활성 염의 농도는 매우 큰 경우 위 슬라이드 내용이 적용된다.
비활성 염의 농도가 클수록 이온 분위기의 전하가 커진다. 같은 칼슘의 나이트레이트 음이온이 둘러쌀 때도 나이트레이트 음이온의 농도가 증가하거나 이온세기가 크면 칼슘을 둘러싸는 나이트레이트(NO3-)의 반경(영역은 면적을 나타내는데 반경이 더 정확하다.)이 커진다.
이온 분위기가 더해진 양이온(칼슘이온)과 음이온(설페이트 이온) 사이의 알짜 인력(정전기적 인력)은 주변 아무것도 없을 때는 전하와 거리의 관계(쿨롱 포스)로 생각할 수 있지만 이온 분위기가 더해지면 서로 반대 전하를 가진 이온들을 가려버리기 때문에 만날 수 있는 길을 차단! 또는 정전기적인 인력을 약화시킨다. 주변에 아무것도 없으면 관심 대상 이온이 양전하 음전하로 서로 정전기적 인력으로 붙지만, 주변에 비활성 염(양, 음전하)이 둘러싸면 관심 대상의 양, 음전하 역할을 못한다. 비활성 염 이온이 양, 음 전하를 받아먹는다?... 상쇄 시켜 쉴딩? 을 한다.

그림을 그리면 위와 같고 앞에서 예에서 양이온은 칼슘이온 음이온은 설페이트 음이온이다. 주변 분위기를 만드는 것은 양이온은 나이트레이트로, 설페이트는 포타슘양이온으로 만들고 이온분위기 크기는 원과 같이 나타난다. 그림에서 양이온(+)의 양과 주변 둘러싼 음이온의 양은 같아야 한다.
델타 마이너스를 사용하는 것은 상대적으로 음전하 부분 영역이 더 넓기 때문에 음전하가 어디 한 군데 집중돼있다기 보다 골고루 분포되어 있다고 할 수 있다. 어느 한 점을 잡아 얘기할 때 음전하의 크기는 전체 합한거 보다 작을 테니 델타 마이너스로 약한 음전하를 표시해준 것이다.
중심에 있는 것은 양,음전하가 집중되어 있다는 뜻으로 델타를 안 붙이고 쓴다. 그렇게 둘러싸니, 중심이온간의 상호작용은 약해진다. 그래서 나타나는 것은 화합물이 이온으로 해리하는 것이 촉진된다 => 칼슘설페이트가 녹아 이온으로 해리되는 역반응이 촉진된다.

앞에서 나온 이온 세기에 대한 용어 정의이다. 이온 세기는 용액 중에 있는 이온의 전체 농도를 나타내는 척도이다. 실제 농도는 아니다.
식을 보면 뮤이고 단위는 농도 단위를 사용한다. 1/2에 용액 속에 존재하는 화학종의 농도를 각각 넣고, 화학종이 갖고 있는 전하를 곱한다. 중성일 경우 0으로 무시하고 계산한다. 1/2는 평균값에 해당하는 의미를 나타낸다. 이온세기가 얼마나 세는지 얘기할 때 앞에서 얘기했듯 이온의 세기가 염의 용해도에 미치는 영향을 얘기할 때 위 식으로 계산 후 따진다. 어쨌든 이온의 전하와 농도가 클수록 이온세기가 커진다. 이온세기가 커지면 이온 분위기도 커진다. 구별 꼮!

위 문제 중 하나만 보면... KBr, Na2SO4 가 녹았을 때 어떤 화학종이 존재하는지 알아야 한다. 둘은 100% 해리되어 이온으로 존재한다.
K+, Br- 는 각각 0.020 M 가 존재하고 Na+ , SO42- 는 0.01 M 이 존재하므로 위 식에 그냥 대입한다. 소듐은 2개니까 농도 두 배 된다.
0.05 몰라 이온세기가 얻어진다. 이온세기는 전체 이온이 용액 속에 얼마나 들었는지 나타내는 척도이다. 저 값은 농도 단위를 쓰지만.... 농도는 원래 개수를 나타내지만 위 단위의 농도는 개수를 나타내는 것은 아니다. 이온이 얼마나 많이 존재하고 그 이온이 얼마나 역할을 많이 하느냐? 전하량이 반영되어 있는데 보통 농도에는 전하량이 반영되지 않는 차이가 있다. 이온세기에서 일반적인 농도와 같은 단위를 쓰지만 개념적인 차이가 있다. 구별하즈아!