소금물의 끓는점

 
 

준비물

  • 온도계
  • 소금
  • 물을 끓일 수 있는 장치
 

실험과 관찰

    1. 물 200ml를 비이커에 담고 온도계를 꽂는다.

    2. 물을 가열하면서 온도를 관찰한다.



    3. 끓기 시작한 온도와 온도가 일정하게 유지되는 온도를 기록한다.

    4. 물 200ml에 소금을 한 스푼 넣어 녹이고 온도계를 기록한다.

    5. 소금물을 가열하면서 온도계를 관찰한다.

    6. 소금물이 끓기 시작한 온도와 온도가 일정하게 유지되는 온도를 기록한다.

 
 

실험 결과

순수한 물

섭씨 100도 근처에서 일정한 온도가 유지된다.
(물이 끟는 동안 주위로 열을 빼앗겨 섭씨 100도보다 조금 낮게 측정되는 경우가 흔하다.)

소금물

순수한 물에 비해 조금 높은 온도에서 유지된다.
(100g의 물에 3g 정도의 소금을 녹였을 때 끓는점이 0.5도 정도 높아진다. 3g씩 더 녹일 때마다 대락 0.5도씩 높아진다.)

 
 

왜 그럴까요?

 

    물이 끓을 때 물 속에서 볼 수 있는 작은 방울들은 기체 상태의 물인 수증기 덩어리들입니다. 이러한 기체 덩어리를 기포라고 부릅니다.

     

 

    기포 안의 기체는 물과 수증기의 경계면에 압력을 가합니다. 물 위에서는 대기압이 누르고 있습니다. 따라서 물 쪽에서는 경계면에 대기압 크기의 압력을 작용합니다.

     

     

 

    물이 끓는다는 것은 물 속에서 생긴 기포가 위로 올라와 공기 중으로 빠져나가는 것입니다. 뽀끌! 만약 기포 안의 기압이 대기압보다 작다면, 기포는 물 속에서 다시 쪼그라들어 사라집니다. 바깥에서 더 큰 압력으로 미니까요. 기포가 사라지지 않고 물 위로 올라오기 위해서는 기포 안의 기압이 대기압과 같거나 커야 합니다. 기포 안의 압력과 대기압이 같아지는 온도를 '끓는점'이라고 합니다.

    물의 경우, 섭씨 100도에서 기포 안의 기압이 1기압이 됩니다. 따라서 대기압이 1기압이라면, 물은 섭씨 100도에서 끓습니다. 흔히 물의 끓는점이 섭씨 100도라고 하는 이유가 바로 이것입니다.

    그리고 물이 끓는 동안에는 온도가 변하지 않고 일정하게 유지됩니다.

 
 

    대기압이 커지면 물의 끓는점은 어떻게 될까요?
    기포 안의 기압이 대기압과 같을 때 물이 끓으므로, 대기압이 커지면 기포ㅈ 안의 기압도 커져야 끓을 수가 있습니다. 기포 안의 기압이 커지기 위해서는 온도를 더 높여 주어야 합니다. 따라서 끓는점이 높아지는 것이지요.

 
 

    이제 소금물에서는 어떤 일이 일어나는지 살펴볼까요?
    소금의 과학적 이름은 염화나트륨(NaCl)입니다. 수없이 많은 나트륨 양이온(Na+)과 륨염소 음이온(Cl-)으로 이루어져 있습니다. 소금을 물에 녹이면 이 두 가지 이온이 서물 분자들 사이에 아주 고르게 섞여있는 상태입니다.

 
 

    그리고 이 소금 이온들은 물이 기화하는 것을 조금 방해합니다. 그래서 같은 온도라면 물에 비해 수증기가 되는 양이 적어 기포 안의 기압이 작아집니다.
    따라서 기포 안의 기압이 대기압과 같아지기 위해서는 온도가 더 높아져야 합니다. 즉, 끓는점이 높아집니다. 소금을 넣어주면 순수한 물에 지해 대기압이 상대적으로 높아진다고 볼 수 있습니다.

 
 

그러면 소금의 양에 따라서 끓는점이 달라지기도 하나요?

 

그렇습니다. 정확히는 농도(진하기)에 따라 달라집니다. 같은 양의 물에 소금이 많을수록 물의 기화를 더 많이 방해 하니까 끓는점도 높아집니다. 즉, 소금의 농도가 진할수록 끓는점이 높아집니다.

열린 용기에 소금물을 넣고 끓이면 물이 기화하면서 소금물의 진하기가 점점 커집니다. 그 결과 끓는점도 높아집니다. 순수한 물의 경우 물이 증발하여도 끓는점이 일정합니다. 그와 달리 소금물의 경우 열린 용기에서 계속 끓이면, 끓는점이 점점 높아집니다. 이 사실은 순수한 물과 수용액을 구분하는 데 사용할 수 있습니다.

 

 

 

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