환경화학 2번

 

물의 특성에 대한 설명 분석

문제

물에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

보기

• ㄱ. 물은 높은 쌍극자 모멘트와 유전상수 값을 가지고 있어 용질을 잘 용해하는 능력을 가지고 있다.
• ㄴ. 물에 용해된 양이온성 및 음이온성 자유이온은 수화된 이온이 된다.
• ㄷ. 물은 산과 염기의 작용을 모두하는 양쪽성 물질이다.
• ㄹ. 물이 증기 상태가 되면 물분자 사이의 수소결합은 끊어진다.

해답

각 보기를 검토하여 물의 특성에 대한 설명의 정확성을 확인합니다.

1. 보기 검토

1. ㄱ. 쌍극자 모멘트와 유전상수:물은 쌍극자 모멘트(~1.85 D)와 유전상수(~80)가 높아 극성/이온성 용질(예: NaCl)을 수화로 용해. 맞음.
2. ㄴ. 수화된 이온:물에 용해된 이온(Na⁺, Cl⁻)은 물 분자와 정전기적 상호작용으로 수화층 형성. 맞음.
3. ㄷ. 양쪽성 물질:물은 산(H⁺ 공여)과 염기(H⁺ 수용)로 작용: \[ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}^+ + \text{OH}^-, \quad \text{H}_2\text{O} + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+ \] 맞음.
4. ㄹ. 증기 상태와 수소결합:증기 상태에서 물 분자 간 거리 증가로 수소결합 실질적으로 끊어짐. 맞음.

2. 결론

모든 보기가 옳으므로, 옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ.

유전상수와 물의 수소결합

질문

유전상수의 개념과 물의 수소결합에 대해 설명하시오.

답변

유전상수와 물의 수소결합의 정의, 특성, 역할, 문제 맥락을 설명합니다.

1. 유전상수의 개념

유전상수(\( \epsilon_r \))는 물질의 전기장 약화 능력을 나타내는 무차원 값:

\[ \epsilon_r = \frac{\epsilon}{\epsilon_0} \]

• \( \epsilon \): 물질의 유전율, \( \epsilon_0 \): 진공의 유전율.
• 물의 유전상수: ~80(20°C), 높은 쌍극자 모멘트(~1.85 D)와 수소결합 때문.
• 역할: 이온 간 쿨롱 힘(\( F \propto \frac{1}{\epsilon_r} \)) 약화, 이온성 용질(예: NaCl) 용해 촉진.
• 영향: 온도 증가 시 \( \epsilon_r \) 감소, 압력 증가 시 약간 증가.

2. 물의 수소결합

수소결합은 물 분자 간 또는 물과 다른 분자의 전기음성도 높은 원자(O, N) 간 정전기적 상호작용:

• 구조: 물 분자는 최대 4개 수소결합(2개 공여, 2개 수용), 평균 ~3.5개(액체).
• 특성:
  • 높은 끓는점(100°C), 표면장력.
  • 수화층 형성: 이온(Na⁺, CL⁻) 둘러싸기.
  • 자가이온화: \( 2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- \).
• 상태 변화: 증기 상태에서 수소결합 실질적 소멸, 얼음에서 규칙적 사면체 구조.

3. 문제 맥락

물의 유전상수와 수소결합은 용매 특성(ㄱ), 이온 수화(ㄴ), 양쪽성(ㄷ), 증기 상태 수소결합 소멸(ㄹ)을 설명.

결론: 유전상수는 물의 용해 능력, 수소결합은 물의 물리화학적 특성의 핵심.