극성과 용해도의 차이, 실험으로 확인하기: Like Dissolves Like의 과학적 증명

 

극성과 용해도의 차이, 실험으로 확인하기: Like Dissolves Like의 과학적 증명

 

1. 실험으로 배우는 Like Dissolves Like

앞서 이론적으로 배운 “Like Dissolves Like” 원리는, 극성과 분자 간 인력의 유사성이 용해도를 결정한다는 사실을 기반으로 합니다.

이번 글에서는 이 원리를 직접 관찰할 수 있는 간단한 실험을 통해 극성 용매와 비극성 용매의 차이, 그리고 혼합의 가능성을 확인해보겠습니다.

2. 실험 준비물

• 비커 또는 투명한 컵 3개
• 극성 용매: 물, 에탄올
• 비극성 용매: 식용유 또는 식물성 기름
• 극성 용질: 식염(NaCl), 식초
• 비극성 용질: 파라핀 조각, 요오드 알약 (또는 가루)
• 교반 막대 또는 스푼

3. 실험 방법

1. 각 비커에 물, 에탄올, 기름을 각각 100mL씩 넣습니다.
2. 각 용매에 식염을 1작은술씩 넣고 저어 녹는지 관찰합니다.
3. 같은 방식으로 요오드를 넣어 녹는지 확인합니다.
4. 혼합된 용액을 조합해보며 물과 기름, 에탄올과 기름이 섞이는지 비교합니다.

4. 실험 결과 분석

▶ NaCl (극성 용질)

• 물에 잘 녹음: 물과 NaCl 모두 극성 → 이온-극성 인력 형성
• 기름에는 녹지 않음: 극성/비극성 불일치 → 인력 부족

▶ 요오드 (비극성 용질)

• 기름에 잘 녹음: 요오드와 기름 모두 비극성 → 분산력 작용
• 물에는 거의 녹지 않음: 불일치로 인해 용해 불가

▶ 용매 간 혼합 여부

• 물 + 에탄올: 잘 섞임 (모두 극성)
• 물 + 기름: 섞이지 않음 (극성 + 비극성)
• 에탄올 + 기름: 부분적으로 섞임 (양쪽 특성 보유한 에탄올)

5. 관찰 포인트

이 실험을 통해 알 수 있는 핵심은 다음과 같습니다:

• 극성 물질은 극성 용매에 잘 녹는다.
• 비극성 물질은 비극성 용매에 잘 녹는다.
• 극성과 비극성의 조합은 분리되어 층을 이룬다.

이 결과는 용해도를 예측하고 약물 전달, 식품 제조, 환경 정화 같은 실제 응용에도 그대로 적용됩니다.

6. 실생활 응용 사례

• 의약품 코팅: 수용성 약물은 극성, 지용성 약물은 비극성 용매에 코팅
• 세제 사용: 극성/비극성 양쪽 잡는 계면활성제로 기름때 제거
• 페인트 희석: 수성 페인트는 물, 유성 페인트는 유기용매로 희석
• 환경 정화: 기름 유출 사고 시 비극성 용매 활용한 회수 전략

7. 결론: 실험은 최고의 교과서

“Like dissolves like”라는 문장은 단순한 말이 아니라, 실험적 사실과 수많은 과학적 사례로 입증된 원리입니다.

분자의 극성과 용매 선택은 실험으로 확인할 수 있으며, 이를 통해 우리는 보다 정확한 물질 선택, 조합, 응용이 가능해집니다.

다음 글에서는 이 원리를 약물 전달 시스템(지용성 vs 수용성 약물)에 어떻게 활용하는지를 알려줄게요, 치치야 😊

 

수용성 vs 지용성 약물: 용해도와 전달 전략의 과학

 

1. 약물 전달과 용해도의 관계

약물이 체내에서 효과를 발휘하기 위해서는 용해 → 흡수 → 운반 → 작용이라는 일련의 과정을 거쳐야 합니다. 이 중 첫 단계인 ‘용해도’는 약물의 흡수율과 생체이용률을 결정짓는 핵심 요소입니다.

약물은 크게 수용성(water-soluble)과 지용성(lipid-soluble)으로 나뉘며, 이들은 전달 방식과 흡수 위치, 투과 경로에서 큰 차이를 보입니다.

2. 수용성 약물의 특성과 전달 방식

수용성 약물은 물과 잘 섞이며, 일반적으로 혈액이나 체액에 쉽게 녹아 운반됩니다. 그러나 세포막(인지질 이중층)을 직접 통과하기 어렵기 때문에, 주로 채널 단백질이나 수송체를 통해 흡수됩니다.

• 장점: 빠른 용해, 수용성 혈장 내 운반 용이
• 단점: 세포막 통과 어려움 → 흡수율 낮을 수 있음

대표적인 수용성 약물: 아세트아미노펜(해열진통제), 메트포르민(당뇨 치료제)

3. 지용성 약물의 특성과 전달 방식

지용성 약물은 물에는 잘 녹지 않지만, 지질 성분을 가진 세포막을 잘 통과합니다. 이 때문에 지용성 약물은 경구 복용 시 흡수율이 높고, 뇌나 간 조직에도 쉽게 도달할 수 있습니다.

• 장점: 세포막 투과성 우수 → 높은 생체이용률
• 단점: 체액 내 운반 어려움 → 보조제 필요

대표적인 지용성 약물: 디아제팜(신경안정제), 이부프로펜(소염진통제), 비타민 D

4. 전달 전략: 지질 나노입자, 마이크로에멀젼

약물의 극성 성질에 따라 전달 전략도 달라집니다. 특히 지용성 약물의 경우, 수용성 환경(혈액, 위액 등)에서 효과적으로 운반하기 위해 아래와 같은 기술이 활용됩니다:

• 지질 나노입자(Lipid nanoparticles): 약물을 지질층에 감싸 수용성 환경에서 안정화
• 마이크로에멀젼(Microemulsion): 극성/비극성 이중 성질로 용해도와 흡수 동시 향상
• 계면활성제: 지용성 약물을 물에 유화시켜 흡수성 향상

5. 생체막 투과와 극성

생체막은 인지질 이중층 구조로 되어 있어 비극성 물질이 더 쉽게 통과합니다. 따라서 극성(수용성) 약물은 수송체가 필수인 반면, 비극성(지용성) 약물은 수동 확산으로 빠르게 흡수됩니다.

또한 약물의 분자 크기, 이온화 상태(pH), 지질 친화성(Log P 값) 등도 전달 전략 설계 시 고려됩니다.

6. 요약 비교표

구분	수용성 약물	지용성 약물
용매	물	지질, 유기용매
세포막 투과	어려움 (수송체 필요)	용이 (수동 확산)
생체이용률	낮거나 중간	높음
보조제 필요성	적음	높음 (유화제 등)

7. 결론: 용해도가 전달 전략을 바꾼다

수용성 vs 지용성 약물의 차이는 단지 물에 녹느냐의 문제가 아닙니다. 세포막 투과성, 생체이용률, 약효 도달 속도 등 약물의 전반적인 성능을 결정짓는 핵심 요소입니다.

약물 전달 기술은 이 두 특성을 극복하기 위해 계속 발전 중이며, 용해도와 극성을 고려한 맞춤형 전달 전략은 현대 의학의 핵심 기술 중 하나로 자리잡고 있습니다.

다음 글에서는 지용성 약물의 나노입자 전달 시스템과 약효 지속 기술에 대해 더 깊이 알아볼게요, 치치야 😊