자연계열 2-3번

[제시문 2]

(가) 성격 및 취미 등이 비슷한 친구끼리 잘 어울리는 모습을 흔히 볼 수 있다. 이와 비슷하게 자연계의 물질들도 성질이 비슷한 것끼리 서로 어울리는 경향이 있다. 물과 에탄올은 성질이 비슷하여 서로 잘 섞이고, 마찬가지로 등유와 휘발유도 잘 섞인다. 그러나 물과 등유는 성질이 다르기 때문에 섞이지 않고 두 층으로 분리된다. 물질들 중에는 물에는 잘 녹고 기름에는 녹지 않는 수용성 물질과 반대로 기름에는 잘 녹지만 물에는 녹지 않는 지용성 물질이 있다. 하지만 어떤 물질들은 물과 기름에 대한 친화도가 다를 뿐 두 액체에 다 녹을 수 있다. 섞이지 않는 두 용매 A와 B가 두 액체 층을 이루고 있을 때, 두 액체에 다 녹을 수 있는 어떤 용질 M을 넣어 주면 두 액체 층에 특정한 비율로 분배되어 녹아 들어가게 된다. 용매 A에 녹아 있는 M의 농도를 $\displaystyle C_A$, 용매 B에 녹아 있는 M의 농도를 $\displaystyle C_B$라고 하면 그 용질의 분배계수는 $\displaystyle \frac{C_A}{C_B}$로 정의된다. 예를 들어, 물과 기름이 50:50의 부피비로 섞인 두 액체 층에 어떤 용질을 넣고 완전히 녹였더니 물 층과 기름 층에 녹아 있는 그 용질의 양이 80:20의 비를 갖는다면 그 용질의 분배계수 $\displaystyle \frac{C_{\text{물}}}{C_{\text{기름}}}$은 4가 된다. 그리고 여기서 물 층을 버린 뒤 다시 순수한 물을 남은 기름 층과 동일한 부피만큼 넣어서 흔들어 주면 기름 층에 녹아 있던 용질이 분배계수를 따라 일부분 물 층으로 녹아 들어가게 된다. 분배계수는 주어진 온도에서는 녹아 들어간 전체 용질의 양에 관계없이 일정하며 용매의 종류, 용질의 종류에 따라 달라진다.