수화수

Hydration number
나트륨 양이온은 물 분자에 의해 부분적으로 음전하된 론 쌍이 양전하 나트륨 이온을 향해 안쪽으로 향하도록 용해된다.

화합물의 수화수 또는 용해 수량은 다른 물 분자에 결합되는 것보다 화합물에 더 강하게 결합되는 분자의 평균 수(13.3 kcal/mol 이상)로 정의된다.[1] 수화 번호는 용액 내 화합물의 농도 및 화합물의 정체성에 따라 달라진다. 화합물이 물에 녹으면, 물 분자는 용액을 둘러싸고 있는 용해 껍데기를 형성한다. 충전된 종의 경우 용융제 주위의 물 분자의 방향은 물의 전기적 산소를 끌어들이는 양이온과 수력자를 끌어당기는 음이온이 [2]이온전하에 따라 달라진다. 메탄과 같은 무충전 화합물도 물에 의해 용해될 수 있고 수화 번호도 있다. 용해 셸은 내부와 외부 셸 용매-용액 교호작용을 포함할 수 있지만, 일반적으로 수화 번호는 용액과 가장 직접적으로 상호작용하는 내부 셸 용매 분자에 초점을 맞춘다.[3]

배경

생물학적 시스템에서 발견되는 액체 상태의 물이 압도적으로 풍부하고 용해된 이온종의 유행이 높다는 점을 감안할 때 용액 내 이온의 행동을 이해하는 것은 매우 중요하다. 용액 속의 이온은 용해 셸을 형성하기 위해서는 우선적인 난수분자의 이방성 상태뿐만 아니라 물 분자 간에 발견되는 강력한 수소 결합 상호작용도 극복해야 한다. 용액 이온과 물 사이의 매력은 용액의 전하에 따라 증가하고 반경에 따라 감소한다. 수화수 추정치는 정수값(예를 들어 나트륨 추정치는 4, 4.6, 5.3, 5.5, 5.6, 6, 6.5, 8)에 국한되지 않으며, 추정값의 산포 일부는 검출 방법이 다르기 때문이다.[4]

수화수 결정

수화 번호는 다양한 실험 방법을 사용하여 결정할 수 있다. 여기에는 라만 분광학,[5] 중성자 및 X선 산란,[6] 발광,[7] NMR.[8] 하이드레이션 수치는 종족이 결정 격자 형태로 고정되어 있는지 용액으로 자유롭게 흘러가는지에 따라 달라질 수 있다. 종의 겉보기 수화 수는 어떤 실험 방법을 사용했느냐에 따라 달라질 수 있다.[4] 특히 자연 전체와 생물학적 시스템에서 매우 일반적인 대형 알칼리 금속 양이 믿을 수 없을 정도로 특성이 유지된다.[9]

메탄 크라테이트

참고 항목: 메탄 쇄석액
메탄이 용해되어 물 분자 우리에 갇히면서 형성된 결정체 고형분인 메탄 클라스레이트(metan clathrate)는 강하게 타오른다.

메탄(CH4)은 가장 단순한 탄화수소 화합물이다. 비교적 소수성이 강하지만 크기가 작아 저온과 고압에서 물의 결정체 껍데기에 용해할 수 있다. 이것은 이 행성의 해저의 퇴적물 아래에서 다량으로 발견될 수 있는 얼음과 유사한 고체 결정화합물을 형성한다. 캐스레이트 내 메탄의 수화 수는 단위 세포당 46개의 물 분자 수이다. 용액의 메탄은 수화수가 20이다.[8] 메탄 외에도 에탄과 이산화탄소와 같은 다른 단순한 분자들은 이러한 극한 환경에서도 하이드레이트를 형성할 수 있다.[10]

전 세계적으로 발견되는 해양성 메탄 과락수 매장량의 전세계 분포, 1996년

수분이 많은 메탄을 대기로부터 격리시키는 데 있어 추운 온도에 대한 의존성을 고려할 때, 인공적인 기후 변화는 거대한 쇄산염 매장량에 대한 불안정한 힘으로 떠올랐다. 쇄탄산염에 갇힌 메탄의 양은 500~2500기가톤에 이른다.[11] 메탄 가스의 가연성 때문에, 메탄 클라트레이트는 타는 듯한 "태워지는 얼음"을 만들어 낼 수 있다. 메탄 클라스레이트(metan clathrate)의 풍부함도 화석연료 에너지의 미래 원천으로 유혹하고 있다.[10]

참조

  1. ^ Zavitsas, Andreas A. (2016). "Some opinions of an innocent bystander regarding the Hofmeister series". Current Opinion in Colloid & Interface Science. 23: 72–81. doi:10.1016/j.cocis.2016.06.012.
  2. ^ Vaslow, Fred (1963). "The Orientation of Water Molecules in the Field of an Alkali Ion". The Journal of Physical Chemistry. 67 (12): 2773–2776. doi:10.1021/j100806a063.
  3. ^ Rempe, Susan B.; Pratt, Lawrence R. (2001). "The hydration number of Na+ in liquid water". Fluid Phase Equilibria. 183–184: 121–132. arXiv:physics/0006026. doi:10.1016/s0378-3812(01)00426-5.
  4. ^ a b Mähler, Johan; Persson, Ingmar (2 January 2012). "A Study of the Hydration of the Alkali Metal Ions in Aqueous Solution". Inorganic Chemistry. 51 (1): 425–438. doi:10.1021/ic2018693. PMC 3250073. PMID 22168370.
  5. ^ Uchida, Tsutomu; Hirano, Takashi; Ebinuma, Takao; Narita, Hideo; Gohara, Kazutoshi; Mae, Shinji; Matsumoto, Ryo (1 December 1999). "Raman spectroscopic determination of hydration number of methane hydrates". AIChE Journal. 45 (12): 2641–2645. doi:10.1002/aic.690451220.
  6. ^ Rempe, Susan B.; Pratt, Lawrence R.; Hummer, Gerhard; Kress, Joel D.; Martin, Richard L.; Redondo, Antonio (1 February 2000). "The Hydration Number of Li+ in Liquid Water". Journal of the American Chemical Society. 122 (5): 966–967. arXiv:physics/0001011. doi:10.1021/ja9924750.
  7. ^ Werner, Eric J.; Avedano, Stefano; Botta, Mauro; Hay, Benjamin P.; Moore, Evan G.; Aime, Silvio; Raymond, Kenneth N. (1 February 2007). "Highly Soluble Tris-hydroxypyridonate Gd(III) Complexes with Increased Hydration Number, Fast Water Exchange, Slow Electronic Relaxation, and High Relaxivity". Journal of the American Chemical Society. 129 (7): 1870–1871. doi:10.1021/ja068026z. PMC 3188311. PMID 17260995.
  8. ^ a b Dec, Steven F.; Bowler, Kristin E.; Stadterman, Laura L.; Koh, Carolyn A.; Sloan, E. Dendy (1 January 2006). "Direct Measure of the Hydration Number of Aqueous Methane". Journal of the American Chemical Society. 128 (2): 414–415. doi:10.1021/ja055283f. PMID 16402820.
  9. ^ Smirnov, P. R.; Trostin, V. N. (1 December 2007). "Structures of the nearest surroundings of the K+, Rb+, and Cs+ ions in aqueous solutions of their salts". Russian Journal of General Chemistry. 77 (12): 2101–2107. doi:10.1134/S1070363207120043.
  10. ^ a b Buffett, Bruce; Archer, David (2004). "Global inventory of methane clathrate: sensitivity to changes in the deep ocean". Earth and Planetary Science Letters. 227 (3–4): 185–199. Bibcode:2004E&PSL.227..185B. doi:10.1016/j.epsl.2004.09.005.
  11. ^ Milkov, Alexei V. (2004). "Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there?". Earth-Science Reviews. 66 (3–4): 183–197. Bibcode:2004ESRv...66..183M. doi:10.1016/j.earscirev.2003.11.002.