Water   물

(2023-08-01)

하이드로늄 이온, 수산화 이온, 물 분자, 친수성, 소수성


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

  ㅇ 물은 으로 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
        . 응집흡착 현상 모두 응용됨

  ㅇ 높은 열용량을 갖음 
     - 의 저장소 즉, 온도 조절 능력을 갖음
        . 주변 온도가 높으면 을 흡수, 낮으면  방출
     - 例) 물이 끓기 전까지 엄청난 을 흡수 함
     - 例) 육지 보다 바다가 온도 변화에 저항하는 능력이 강함
        . 지구온도를 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 분자기름(지방)은 물에 잘 녹지 않음 (소수성, Hydrophobic)

  ㅇ 고체얼음일 때, 오히려 밀도가 약간 낮아짐
     - 4 ℃일 때, 밀도가 가장 큼
     - 例) 얼음이 물 위에 떠있게 됨
     - 例) 만일, 얼음 밀도가 높다면, 추운 남극 표면의 빙하가 가라앉게 되어, 보온 효과가 없어져,
           결국 전체 물이 다 얼게 됨


3. 물 분자의 특징분자식         : 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  : 전하 분포
     - 산소(O) 원자수소(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 크므로,
     - 산소(O) 원자 부근이 부분적 음극, 두 수소(H) 원자들 사이가 부분적 양극
     - 따라서, 물 분자는 극성을 갖음  :  (극성 공유결합)
       


4. 물 분자 간의 결합수소결합 (Hydrogen Bond, 水素結合)
     - 물 분자응집력으로 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  (모세관 현상) 
     - 높은 비열, 기화열 등


5. [참고사항]수화 (Hydration, 水化) 
     - 이온고체 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 분자단당류로 분해되는 등
        . 설탕이 물 속에서 포도당과당으로 매우 천천히 가수분해 됨

  ㅇ 친수성 , 소수성, 양친성 
     - 친수성 (親水性, hydrophile, hydrophilicity)
        . 물 분자와 쉽게 결합하는 성질
        . 例) 설탕 등
     - 소수성 (疏水性, hydrophile, hydrophobicity)
        . 물 분자와 쉽게 결합하지 못하는 성질
        . 例) 지방 등
     * 例) 어떤 고체 표면에서, 
        . 물이 넓게 퍼지면, 친수성, 
        . 물에 젖지 않고 물방울이 생기면, 소수성이라고 함
     - 양친성(양친매성) (兩親媒性, amphipathic) : 친수성,소수성 모두 지님
        . 例) 비누, 담즙산, 인지질(세포막 형성) 등

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

용액
   1. 용액,용매,용질   2. 용해   3. 용해도   4. 고용체   5. 수용액   6.   7. 침전   8. 전해질   9. 삼투압  


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