Water   물

1. 물 (Water) 이란?

  ㅇ 지구의 2/3 이상을 덮고있음
     - 모든 생명체는 물에서 기원을 두고 있음 
        . 항상 물이 필요하며, 다양한 생물학적 구조를 결정하는데 도움을 주는 등
        . 특히, 인체의 약 70%가 물로 이루어짐


2. 물의 특성

  ㅇ 자연 상태에서, 고체,액체,기체 모두 가능한 유일한 물질

  ㅇ 물은 매우 약한 전해질
     - 순수 물은 약한 전도성을 갖으나, 
     - 물에 녹아있는 다른 물질 때문에 높은 전도성도 가능

  ㅇ 물 자체의 이온화 반응 (Autoionization)

  ㅇ 물은 산으로 작용하기도 염기로 작용하기도 함 (양쪽성)
     - 대부분 천연 존재 물은, 약한 산성이거나 약한 염기성을 띔 

  ㅇ 수소 결합에 의한 응집 현상
     - 물 경계에서 표면장력을 갖음
        . 例) 다른 표면 상에서 물 구슬 모양을 함
        . 例) 일부 생물이 물 위에서도 걸을 수 있음
     - 식물에서 뿌리에서 흡수된 물이 잎에까지 전달됨
        . 응집 및 흡착 현상 모두 응용됨

  ㅇ 높은 열용량을 갖음 
     - 열의 저장소 즉, 온도 조절 능력을 갖음
        . 주변 온도가 높으면 열을 흡수, 낮으면 열 방출
     - 例) 물이 끓기 전까지 엄청난 열을 흡수 함
     - 例) 육지 보다 바다가 온도 변화에 저항하는 능력이 강함
        . 지구의 온도를 알맞게 유지시켜 주고 있음

  ㅇ 훌륭한 용해 작용 (용매로써의 역할)
     - 물은, 많은 이온성 물질과 극성 물질을 녹일 수 있는, 극성 물질임
     - 例) 극성 분자인 소금(NaCl)이 물에 쉽게 녹음 (친수성, Hydrophilic) 
     - 例) 비 극성 분자[화학]인 기름(지방)은 물에 잘 녹지 않음 (소수성, Hydrophobic)

  ㅇ 고체인 얼음일 때, 오히려 밀도가 약간 낮아짐
     - 4 ℃일 때, 밀도가 가장 큼
     - 例) 얼음이 물 위에 떠있게 됨
        . 부력은 유체(물)의 밀도와 잠긴 물체(얼음) 자체의 밀도에 따라 달라짐
        . 물체의 밀도가 유체의 밀도보다 작으면 부력을 받아 뜨고, 크면 가라앉음
     - 例) 만일, 얼음 밀도가 높다면, 추운 남극 표면의 빙하가 가라앉게 되어, 
        . 얼음의 보온 효과가 없어져, 결국 전체 물이 다 얼게 됨


3. 물 분자의 특징

  ㅇ 분자식         : H2O
     - 조성 : 수소(H) 11.19%, 산소(O) 88.81%

  ㅇ 분자 모양
     - H-O-H 결합모양 : 직선이 아닌 굽은 모양 (V-형태)
     - ∠HOH 결합각   : 104.5˚
     - 루이스 구조식  : 

  ㅇ 전하 분포
     - 산소(O) 원자가 수소(H) 원자 보다 전자를 더욱 끌어당기어, 불균등한 전하 분포

  ㅇ 분자 극성
     - 전기음성도(전자에 대한 친화력)가, 
        . 산소(O : 3.44)가 수소(H : 2.20) 보다 큼
     - 따라서, 물 분자는 극성을 갖음  :  (극성 공유결합)
        . 산소(O) 원자 부근이 부분적 음극(-), 
        . 두 수소(H) 원자들 사이가 부분적 양극(+)
       


4. 물 분자 간의 결합

  ㅇ 수소결합 (Hydrogen Bond, 水素結合)
     - 물 분자 간 응집력으로 작용 
        . 물 분자의 부분 양극인 수소와 부분 음극인 산소 간에, 극성 공유결합으로 인해,
        . `한 분자에서 수소 원자`와 `다른 분자에서 다른 부위의 원자` 간에 수소결합 형성
     - 액체 상태의 물에서 공유결합의 1/20 정도의 결합력을 갖음 
     - 만일, 수소결합이 없다면, -70℃(-94℉)에서도 끓어 증발함

  ㅇ 例) 
     - 물방울의 둥근 모양 (큰 표면장력)
     - 식물의 뿌리에서 잎까지 물을 끌어올리는 힘 (모세관 현상) 
     - 높은 비열, 기화열 등


5. 물 자체의 이온화

  ㅇ 물은 약간 이온화되어,
     - `하이드록소늄/하이드로늄 이온(H3O+)`과 `수산화 이온(OH-)`을 생성함
        . H2O(l) + H2O(l) ↔ H3O+(aq) + OH-(aq)
  ㅇ 단, 물에 녹는 물질 등에서 나온, 수소 이온(H+)은, 단독으로 안정적이지 못하고,
     - 물 분자와 결합하여, `하이드로늄 이온 H3O+`를 형성
        . H+ + H2O → H3O+

  ㅇ 산이 물에 녹을 때 수소 이온(H⁺)이 물과 결합하여 하이드로늄 이온을 형성하며, 
     - 이는 수용액에서 산성도를 나타내는 중요한 이온임
        . 例) 염산의 용해    
              


6. [참고사항]

  ㅇ 수화 (Hydration, 水化) 
     - 이온성 고체 등이,
     - 용액 내 녹아서 분리된 이온들이 물 분자에 의해 완전히 둘러싸이는 것

  ㅇ 가수분해 (Hydrolysis, 加水分解)
     - 중합체에 물 분자가 첨가되어 단량체로 분해되는 과정   ↔   탈수
     * 例) 다당류에 물이 첨가되어 더 작은 분자인 단당류로 분해되는 등
        . 설탕이 물 속에서 포도당과 과당으로 매우 천천히 가수분해 됨

  ㅇ 담수 (freshwater, 淡水)
     - 염분의 함유량이 적은 물  ↔  염수 (saline water, 鹽水)