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학습자료/과학

용해 현상

대한민국 교육부 2015. 10. 29. 14:42

용해 현상



■ 녹아라~ 녹아라~ 용해 현상!

어떤 물질이 다른 물질에 녹아 골고루 섞이는 현상을 ‘용해’라고 합니다. 모든 물질은 매우 작은 입자들로 이루어져 있습니다. 각설탕을 물에 넣으면 큰 설탕 덩어리가 작은 설탕 덩어리가 되고 작은 설탕 덩어리는 눈에 보이지 않을 정도로 매우 작은 입자로 나누어져 보이지 않게 되는 것을 볼 수 있습니다. 작은 입자가 된 설탕은 물과 골고루 섞이게 되는데 이때 설탕이 물에 용해되었다고 합니다. 용해된 설탕물은 설탕 입자가 물 속에 고르게 퍼져 물 입자와 균일하게 섞인 상태이기 때문에 설탕물은 어느 부분이나 같은 농도를 유지하게 됩니다. 하지만 흙탕물의 경우 물에 흙을 넣으면 흙은 물 입자와 골고루 섞이지 않고 물 밑에 가라앉게 됩니다. 따라서 이런 경우 물과 흙은 섞여 있다고 할 뿐 용해되었다고 할 수 없습니다.


▲ 설탕물과 흙탕물의 비교(출처: 에듀넷)


용해 현상에 대해서 잘 알게 되었나요? 조금 더 자세히 살펴보죠. 위의 설탕물처럼 두 가지 이상의 물질이 골고루 섞여 있는 것을 ‘용액’이라고 합니다. 이 때 설탕과 같이 녹는 물질을 ‘용질’ 물과 같이 녹이는 물질을 ‘용매’라고 합니다.


▲ 용질과 용매의 혼합(출처: 에듀넷)


물에 설탕을 녹이면 단맛이 나는 설탕물이 되고 물에 소금을 녹이면 짠맛이 나는 소금물이 됩니다. 이처럼 같은 용매라도 어떤 용질을 녹이느냐에 따라 다른 성질을 가진 용액이 됩니다. 우리는 일상생활에서 다양한 용액을 이용하고 있으며, 또한 용액을 용매와 용질로 다시 분리하여 사용하기도 합니다. 이러한 예를 한번 살펴볼까요?



■ 약수와 정수, 어떻게 다를까?

우리가 마시는 약수와 정수에 대해서 살펴보죠. 약수는 약효가 있는 샘물이라는 뜻으로 갈라진 암반 사이로 스며든 눈과 빗물 등에 다양한 광물질이 용해되어 땅 위로 다시 솟아난 것입니다. 따라서 약수에는 칼슘, 나트륨, 철분 등과 같은 광물질이 다량 함유되어 있으며 미네랄 워터 · 광천수 등으로도 불립니다. 약수에 포함되어 있는 각종 성분에 따라 독특한 맛을 내며 치료 효과가 있어 건강에 좋은 것으로 알려져 있습니다. 대체로 위장병, 소화불량 등에 효과가 있으며 피부병, 빈혈, 신경통 등에 약효가 있다고 전해지고 있지만 과학적으로 증명된 바는 없습니다.


▲ 약수터(출처: 에듀넷)


그렇다면 약수에는 어떤 물질들이 용해되어 있고 어떤 효과가 있는 것인지 살펴보죠.

먼저 미국 샤스타, 영구 나포리나스와 함께 세계 3대 광천수로 유명한 충북 청원군 내수읍 초정리의 초정 약수가 있습니다. 초정 약수에는 라듐 성분이 다량 함유되어 있어 미국 식품 의약청(FDA)이 빼어난 물로 인정을 했습니다. 초정 약수에 용해되어 있는 라듐 성분은 눈병과 피부질환에 효과가 큰 것으로 알려져 있습니다. 초정 약수는 조선 시대의 세종과 세조가 눈병 · 피부병 · 속병을 다스리기 위해 이 곳을 찾았다고도 전해집니다. ‘조선왕조실록’에는 세종대왕이 이 곳에서 117일간 머물면서 눈병을 고쳤다는 기록이 남아 있습니다.


▲ 약수롤 이용해 병을 치료한 세종대왕(출처: 에듀넷)


그 밖에도 수질이 뛰어나고 경관과 역사적인 면에서 가치를 인정받아 천연 기념물로 지정된 3대 약수도 있습니다. 각각의 약수에 용해되어 있는 광물질이 서로 달라 각기 다양한 약효가 있는 것으로 알려져 있습니다. 설악산 국립공원 안에 있는 오색 약수는 계곡의 널찍한 바위에서 솟아 오르며 탄산, 철분, 나트륨이 많이 함유되어 위장병, 빈혈, 신경통 등에 효과가 있습니다. 홍천군에 있는 삼봉약수는 3개의 구멍에서 솟아 오르며 불소가 함유되어 있어 구강 치료에 효과가 있습니다. 내린천 상류 개인산에 있는 개인 약수는 철분이 많아 위장병, 당뇨에 효과가 있는 것으로 유명합니다.


약수와 달리 오히려 용해된 성분을 제거하여 마시는 물도 있죠. 바로 ‘정수’입니다. 물을 깨끗하게 하는 과정이나 깨끗하게 한 물을 일컫는 말이죠. 요즘에는 여러 가지 요인들로 인하여 물이 오염되어 건강을 해칠 수 있게 되면서 안전하고 깨끗한 물을 마시기 위하여 정수기를 통해 정수된 물을 많이 마시고 있습니다.


▲ 정수기를 이용한 정수(출처: 에듀넷)


정수 방식에는 여러 가지가 있지만 대표적으로 많이 사용하는 것이 ‘역삼투압방식’입니다. 식물이 물을 흡수하는 삼투압을 응용하여 압력으로 물이 반투막을 통과하도록 하는 방식이죠. 반투막은 용매만 통과시키고 용질을 통과시키지 않습니다. 반투막을 사이에 두고 양쪽의 농도를 맞추기 위해서 용매가 용질의 농도가 높은 쪽으로 이동을 합니다. 예를 들어 소금물과 물 사이에 반투막을 놓아두면 소금물의 농도가 높으므로 물이 소금물 쪽으로 이동을 하게 됩니다. 이 현상을 삼투 현상이라고 하며 이때 생기는 압력을 삼투압이라고 합니다. 하지만 반대로 농도가 높은 쪽에 인위적으로 압력을 가하면 용질을 제외한 용매만 반투막 반대편으로 이동을 하게 됩니다. 이것을 역삼투 현상이라고 합니다. 이때 가해진 압력을 역삼투압이라고 합니다. 따라서 바닷물에서 순수한 물을 얻고 싶을 때 역삼투압 방식을 이용하여 바닷물에서 반투막을 통과한 순수한 물을 얻어 냅니다.


▲ 삼투 현상과 역삼투 현상(출처: 에듀넷)


이와 같은 역삼투압 방식을 이용하면 물이 반투막을 통과하는 과정에서 매우 미세한 크기의 불순물들을 제거할 수 있기 때문에 오염 물질 · 세균 · 바이러스 · 중금속 등을 비롯하여 이온성 물질까지도 걸러 낼 수 있습니다. 따라서 몸에 유해한 성분을 걸러 낼 수 있는 장점이 있지만 이러한 방식으로 정수를 하는 과정에서 물 속에 용해되어 있는 몸에 유익한 성분까지 없어집니다. 물 속에는 우리 몸에 필요한 70여 가지의 성분이 용해되어 있습니다. 물에 포함된 미네랄 양으로 보면 생수, 수돗물 다음으로 정수기물이 가장 적습니다. 과도한 운동이나 노동을 한 후 정수기물만 마실 경우에 미네랄 결핍으로 인하여 몸에 이상이 생길 수 있습니다. 따라서 정수된 물이 꼭 우리 몸에 좋은 물인지 판단하여 마실 수 있어야 합니다.


앞에서 설명한 것처럼 약수는 물에 다양한 성분의 광물질이 녹아 있는 용액입니다. 녹아 있는 광물질의 성분에 따라서 다양한 효능을 가진 약수가 됩니다. 하지만 이러한 물에는 몸에 이로운 광물질 외에도 오염물질, 세균 등과 같은 해로운 물질도 녹아 있을 수 있습니다. 정수는 이러한 몸에 해로운 물질을 걸러내어 깨끗하게 만든 물입니다. 그러나 이러한 몸에 해로운 물질을 걸러내는 과정에서 몸에 이로운 물질도 함께 걸러질 수 있기 때문에 몸에 좋다고 할 수 없습니다. 따라서 주변의 용액을 이용할 때는 어떤 용매와 용질이 섞여 있는 것인지 판단해 볼 필요가 있습니다.



[자료출처: 에듀넷]



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