이 실험 소개
차에 설탕을 넣고 저으면 설탕이 사라지지만, 계속 더 넣다 보면 결국 일부가 바닥에 남습니다. 이때 용액은 포화 상태입니다. 물질이 녹을 수 있는 양은 온도에 따라 달라지며, 용해도 곡선은 그 관계를 정확히 보여 줍니다. 비커의 물에 소금을 넣고 가열하거나 냉각하면서 혼합물의 상태를 그래프 위의 한 점으로 따라가 보세요. 점이 곡선 위에 있으면 결정이 남으며, 뜨거운 포화 용액을 냉각하면 결정이 나타납니다.
학습 목표
- 용해도와 포화 용액 정의하기
- 용해도 곡선에서 용해도 값 읽기
- 용해도 곡선을 이용해 혼합물이 포화인지 불포화인지 판단하기
- 포화 용액을 냉각할 때 생성되는 결정의 질량 계산하기
- 용해도 곡선이 서로 다른 물질을 냉각 결정화로 어떻게 분리하는지 설명하세요
사용 방법
- 120 °C에서 질산 칼륨 용액에 결정이 바닥에 남을 때까지 소금을 천천히 넣으세요. 질량을 용해도 표시값과 비교하세요.
- 220 °C에서 질산 칼륨 100 g을 물 100 g에 넣으세요. 80 °C까지 가열하면 결정은 어떻게 되나요?
- 3이제 용액을 10 °C까지 냉각하세요. 몇 °C에서 결정이 생기기 시작하나요? 결정은 몇 g 생기나요?
- 4염화 나트륨으로도 반복하세요. 바닷물에서 소금 결정을 얻는 방법으로 냉각이 적절하지 않은 이유는 무엇인가요?
- 5물의 양을 200 g으로 두 배 늘리세요. 녹을 수 있는 질량은 어떻게 달라지나요? 용해도도 달라지나요?
- 6황산 리튬을 선택하고 포화 용액을 가열하세요. 이 용해도 곡선의 특이한 점은 무엇인가요?
모델
가정
- 값은 10 °C 간격의 표준 데이터 표에서 가져오며, 표의 값을 절대로 넘지 않는 매끄러운 곡선으로 연결합니다.
- 용액은 항상 즉시 평형에 도달합니다. 실제 용액은 결정이 생기기 전까지 한동안 과포화 상태를 유지할 수 있습니다.
- 용액을 가열해도 물은 증발하지 않습니다. 황산구리는 무수물인 CuSO₄로 간주되지만, 푸른색 수화물 형태로 결정화됩니다.
수업에서 해 보기
- Q150 °C에서 질산 칼륨의 용해도는 얼마인가요?
- Q240 °C에서 염화 칼륨 50 g을 물 100 g에 넣고 저어 줍니다. 용액은 포화 상태인가요? 녹지 않는 양은 얼마인가요?
- Q3물 100 g에 질산 칼륨을 녹여 만든 포화 용액을 60 °C에서 20 °C까지 냉각합니다. 결정은 몇 g 생성되나요?
- Q4염화 나트륨이 조금 섞인 질산 칼륨 혼합물을 뜨거운 물에 녹인 뒤 냉각합니다. 어떤 물질이 먼저 결정으로 석출되나요? 그 이유는 무엇인가요?
- Q5물이 따뜻해질수록 기체는 물에 덜 녹습니다. 발전소 인근의 강에서는 이것이 왜 물고기에게 해로울 수 있나요?
자주 묻는 질문
대부분의 고체가 뜨거운 물에 더 잘 녹는 이유는 무엇인가요?
대부분의 염은 녹을 때 주변으로부터 에너지를 흡수합니다. 온도를 높이면 그 에너지가 공급되므로, 용액이 포화되기 전에 더 많은 고체가 녹을 수 있습니다.
곡선 아래의 한 점은 무엇을 의미하나요?
용액은 불포화 상태입니다. 그 온도에서 녹을 수 있는 양보다 적은 용질만 포함하고 있으므로 더 녹을 수 있습니다. 곡선 위의 한 점은 일부 고체가 녹지 않은 채 남아 있음을 의미합니다.
염화 나트륨 곡선은 왜 이렇게 평평한가요?
온도에 따른 용해도 변화가 거의 없기 때문입니다. 20 °C에서는 약 36 g이고 100 °C에서는 40 g입니다. 바닷물에서 소금을 얻으려면 물을 식히는 대신 증발시켜야 합니다.