1. 염
소금은 물에 잘 녹는데 반해, 탄산칼슘은 거의 녹지 않는다. 소금과 탄산칼슘은 양이온과 음이온이 일정한 규칙에 따라 3차원 공간에 규칙적으로 배열된 격자구조를 하고 있는 이온 결합 결정이다. 물에 녹는 정도는 염의 종류에 따라 차이가 나며, 염이 물에 완전히 녹은 용액은 순수한 물과도 잘 구분하기가 어렵다. 염이 물에 녹는 현상은 고유의 격자구조가 붕괴되고, 물과 이온들간에 상호작용이 일어난다는 것을 의미한다.
2. 염, 수화, 이온쌍
산과 염기가 반응하여 물과 함께 형성된 염은 고체로 종류가 매우 다양하다. 염은 양이온과 음이온들이 결합된 결정이다. 결정 전체의 총 전하가 0이 되면서, 각 이온들의 크기 및 전하가 균형을 이루어야 격자구조를 형성하면서 염이 생성된다. 물에서 고체 격자로부터 분리되어 있는 양이온과 음이온들은 물 분자에 둘러 쌓이게 는데, 이를 이온이 수화되었다고 표현한다. 구체적으로 설명하자면 물 분자는 극성을 가지고 있으므로, 양이온 주위에는 물 분자의 산소원자가 가까이 있도록 물 분자들이 양이온을 감싸게 되고, 음이온 주위에는 물 분자의 수소원자가 가까이 있도록 여러 개의 물 분자가 음이온을 감싸게 된다. 하지만 이들 이온 각각은 근접해있는 물 분자들의 개수와 정전기적 결합의 세기는 각 이온의 전하와 크기에 따라 다를 수 밖에 없다.
한편 격자에서 분리된 양이온과 음이온이 서로 강하게 끌려서 물 분자와의 정전기적 인력을 초과하는 이온들끼리 쌍을 이루는 경우도 존재한다. 이런 화학종을 이온쌍이라고 한다. 녹아있는 이온쌍은 결정도 이온도 아니지만, 각각의 이온들로 분리되었을 때보다 이온쌍으로 존재하는 것이 더 안정적이기 때문에 존재하게 된다. 그 외에도 전하를 띤 복합물도 물에 녹아있게 된다. 이온이 있는 상황에서는 순수한 물 분자들의 수소결합 크기와 개수도 감소되었을 것으로 예상할 수 있다. 염이 녹는 정도는 염 성분의 이온들과 상호작용을 하는 물에 포함된 다른 종류의 이온과 그것의 농도에도 영향을 받게되고, 물의 온도와 PH에도 영향을 받게 된다.
3. 염의 용해도와 온도
염이 물에 녹은 후 염이 녹은 용액의 물을 증발시키면 염이 다시 재생되기 때문에, 염이 물에 녹는 현상은 화학반응이라고 볼 수는 없다. 그러나 염의 생성물이 물과 반응하는 염의 용해도는 증가하게 된다. 일정한 온도에서 염이 물에 최대로 녹는 양을 그 염의 용해도라고 하는데, 염의 용해도에 영향을 주는 변수로는 온도, pH, 격자/수화에너지, 압력, 이온 농도 등이 있다.
일반적으로 염이 일정한 압력에서 녹을 때, 열이 발생 되거나 흡수되게 된다. 따라서 온도를 조절하면 염의 녹는 양을 조절하는 것이 가능하여, 염의 용해도는 온도에 의해 변화된다고 할 수 있다. 예를 들어 염화소듐이 물에 녹는 시스템은 주위로부터 약간의 열을 흡수하게 되는데, 흡수하는 열의 크기는 약 3.88 kJ/mol 이다. 열을 흡수하는 상황이므로, 물의 온도를 상승시키면 염화소듐의 용해도가 증가하게 된다.
반대로 염이 물에 녹을 때 열을 발생시키는 경우도 존재하며, 일반적으로 염이 녹으면서 발열되는 경우에는 비교적 염이 더 잘 녹는 경향을 보이게 된다. 겨울철 제설제로 사용되는 염화칼슘은 물에 녹을때 열이 발생한다. 염화칼슘의 용해도 역시 온도가 증가하면 증가하게 되는데, 이는 발열이 일어나는 화학반응의 경우에 일반적으로 온도를 상승시키면 반응이 더디게 진행되는 것과는 반대되는 현상이다. 고체인 염이 녹으려면 결정 격자가 붕괴되고, 생성되는 이온의 수화도 이루어져야 한다. 또한 이온으로 인해 순수한 물이 엿을 때 존재했던 수소결합도 끊어지는 현상이 발생한다. 그러므로 염이 녹은 용액의 전체 에너지가 격자의 해체, 물의 수화, 수소결합의 변화에 따른 모든 에너지를 합한 것보다 더 낮아질 경우에 녹는 현상이 발생한다. 그런 모든 과정에 따른 에너지의 변화가 열의 출입으로 나타나는 것이다. 염이 녹을 때 발생되는 열 출입 현상을 활용하면, 간편한 의료도구를 만들 수 있는데, 이러한 원리를 이용하여 염화칼슘이 녹을 때 열을 발행하는 것을 활용하여 핫 팩이 만들어졌고, 질산암모늄이 녹을 때 열을 흡수하는 것을 활용하여 냉각 팩이 만들어졌다.
4. 염의 용해도 조절
소듐이온이 포함된 염들이 물에 잘 녹는 결과를 활용하여, 약이나 음식에 필요한 성분들을 소듐염 형태로 제조하는 경우가 많다. 하지만 경우에 따라서는 염이 녹지 않을 상태로 존재하는 경우가 필요한데, 그런 경우에는 염이 포함된 용액의 pH와 온도 조절, 용액의 이온성분을 조절하여 염의 용해도 조절이 가능하다. 염이 물에 녹을 때 열의 추입이 일어나는 것은 계의 에너지를 안정적으로 유지하기 위한 자연현상이다. 계의 에너지를 낮추고, 엔트로피를 증가시켜 안정적인 상황으로 이동하는 경향은 화학물질에서도 일어나는 현상인 것이다.
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