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▶ 온도와 용해도 |
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고체 용질을 물에 녹일 때 온도가 높아지면 더 많이 녹을까요? 더 적게 녹을까요? 온도가 높아지면 어떤 용질은 더 많이 녹고, 어떤 용질은 더 적게 녹습니다. 왜 그럴까요? 그것은 용질이 물에 녹을 때 열을 내어놓는지, 또는 흡수하는지와 관계가 있습니다. 온도와 열은 아주 밀접한 관계가 있습니다. 물질에 열이 들어가면 온도가 올라갑니다.(상태 변화하지 않는 온도 범위에서) 반대로, 물질이 열을 잃으면 온도가 내려갑니다.(상태 변화하지 않는 온도 범위에서) 온도가 올라가면 용해도가 커지는 경우와 작아지는 경우에 대해 자세히 알아봅시다.
1. 높은 온도에서 용해도가 커지는 경우 여름에 차가우면서도 맛있는 음료를 만들기 위해 냉장고에서 막 꺼낸 물에 설탕을 녹여 본 적이 있을 거예요. 그런데 차가운 물에는 설탕이 조금밖에 녹지 않고, 많은 설탕이 고체로 그대로 있지요. 이때 혼합물을 가열하면 남아있던 설탕도 녹아들어 갑니다. 그것은 차가운 물에서보다 뜨거운 물에 더 많은 설탕이 녹을 수 있다는 것을 알려줍니다. 붕산도 온도가 높아지면 용해도가 커지는 물질 중 하나입니다. 아래 동영상에서 확인하세요.
그런데 왜 설탕이나 붕산은 온도가 높으면 물에 더 많이 녹을까요? 물에 녹으면서 열을 내어 놓는 물질도 있고 열을 흡수하는 물질도 있습니다. 설탕의 경우 물에 녹으면서 열을 흡수합니다. 그런데 설탕물을 만들 때 컵이 차가워지지 않았다구요? 그건 아주 조금 열을 흡수하기 때문에 우리가 그것을 눈치채지 못한 것 뿐입니다. 물에 녹으면서 열을 흡수하는 물질의 다른 예로는 염화 암모늄이 있습니다.
아래 동영상처럼 물을 담은 비커 바닥과 나무판 사이에 물을 조금 넣습니다. 그런 다음, 비커를 나무판 위에 올리고, 물에 염화 암모늄을 넣고 녹입니다. 그러면 비커와 바닥이 달라붙습니다. 염화 암모늄이 물에 녹으면서 비커와 나무판 사이의 물로부터 열을 흡수하고, 열을 빼앗긴 물은 어는 것입니다.
[비디오 출처: https://www.youtube.com/watch?v=xJhjdFEHDv8]
이렇게 녹아 들어가면서 열을 흡수하는 물질의 경우, 열을 가해주면 녹는 것을 도와주게 되겠지요. 그래서 열을 가해 온도가 높아지면 더 많은 양이 녹아 들어가게 됩니다.
2. 높은 온도에서 용해도가 작아지는 경우 어떤 물질들은 물에 녹아 들어가면서 열을 내어 놓습니다. 그런 물질의 예는 염화칼슘입니다.
아래 동영상은 염화칼슘이 몰에 녹아들어 가면서 용액의 온도가 증가하는 것을 보여줍니다. 녹아들어 가는 과정에서 열이 나왔고, 그 열을 용액이 흡수하여 온도가 올라가는 것입니다.
[비디오 출처: https://www.youtube.com/watch?v=tiVVA1WT8Ws]
이런 경우에는 녹아 들어가는 동안 열을 빼앗아 주어야 더 많이 녹아 들어가지요. 그래서 열을 빼앗아 온도가 낮아지면 더 많은 양이 녹아 들어가게 됩니다. 이런 물질을 물에 녹일 때 가열해 주면 더 적은 양이 녹습니다.
이렇게 물질이 물에 녹아 들어가면서 열을 내어 놓거나 흡수하는 성질을 이용하면 차가운 팩과 뜨거운 팩을 만들 수 있습니다.
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