온도와 녹는 양 사이의 관계

온도와 녹는 양

사이의 관계

■ 설탕을 물에 녹이기, 어떻게게 하면 더 많이 녹일 수 있을까?

설탕을 물에 녹여 본 적이 있나요? 물에 설탕을 넣고 열심히 저으면 설탕이 녹는 것을 볼 수 있지요. 설탕을 녹이다 보면 더 이상 녹지 않는 때가 오게 되죠. 이 때 설탕을 더 녹이기 위해 쓸 수 있는 방법은 물을 더 넣는 것입니다. 물을 많이 넣을수록 물에 녹을 수 있는 물질의 양이 많아지기 때문입니다.

▲ 물의 양에 따라 설탕이 녹는 양(출처: 에듀넷)

하지만 물의 양은 일정한데 설탕을 더 많이 녹이고 싶으면 어떻게 해야 할까요? 일정한 양의 용매에 녹을 수 있는 용질의 양은 일정합니다. 용해 현상은 용매를 구성하는 입자와 용질을 구성하는 입자가 서로 끌어당기는 힘에 의해 나타나기 때문이죠. 설탕물의 경우 설탕 입자와 물 입자가 서로 서로 끌어당기는 힘에 의해 결합하면서 고르게 섞여 녹게 됩니다. 물의 양이 일정할 경우 설탕 입자가 결합할 수 있는 물 입자의 수는 한정되어 있습니다. 그런데 설탕 입자가 계속해서 많아지면 설탕 입자와 결합할 수 있는 물의 입자는 모자라게 되겠지요. 때문에 물 입자와 결합하지 못한 설탕 입자들은 물에 녹지 못하고 남아 있게 됩니다. 이 때 물을 더 넣어 준다면 남아 있는 설탕 입자들도 결합을 할 수 있는 물 입자가 생기기 때문에 더 녹을 수 있게 될 것입니다. 그렇다면 물을 추가하지 않고도 더 많은 설탕을 녹이려면 어떻게 해야 할까요?

■ 그 비법은 온도!

‘용해도’는 일정한 온도에서 용매 100g 속에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g수를 말합니다. 다음은 물질의 용해도를 나타낸 그래프입니다.

▲ 가루 물질의 용해도(출처: 에듀넷)

용해도는 물질에 따라 다릅니다. 위의 그래프를 보면 20℃에서 소금, 백반, 붕산의 용해도는 각각 약 36g, 6g, 4g 정도입니다. 20℃에서 물질의 용해도는 소금, 백반, 붕산 순인 것을 알 수 있습니다. 소금의 용해도 그래프를 보면 온도가 높아질수록 용해도가 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 온도가 높아지면 물 100g에 녹을 수 있는 소금의 양이 많아지고 온도가 낮아지면 물에 녹을 수 있는 소금의 양이 적어집니다. 백반과 붕산 또한 그 정도에 차이가 있지만 온도가 높아짐에 따라 용해도가 증가하는 것을 볼 수 있습니다.

■ 온도가 높을 수록 운동 에너지도 커진다

왜 물의 온도가 높아지면 가루 물질의 용해도가 증가하는 것일까요? 물의 온도가 높다는 것은 물을 구성하는 입자의 운동 에너지가 크다는 것과 같습니다. 물의 온도가 낮으면 물 입자의 운동 에너지가 작아지고 물의 온도가 높으면 물 입자의 운동 에너지가 커지기 때문에 온도가 높을 때 물 입자가 더 활발하게 움직이게 됩니다. 따라서 더 많은 양의 고체가 들어와도 활발히 섞일 수 있게 되는 것입니다. 위 그래프에서 보면 20℃의 물 100g에 백반 20g을 녹이려고 한다면 물 입자의 에너지가 6g 정도만 녹일 수 있을 정도이므로 14g의 백반은 그대로 남아 있게 됩니다. 하지만 물의 온도를 40℃ 이상으로 올려 준다면 물 입자의 운동 에너지가 커지면서 남은 14g의 백반도 모두 녹게 됩니다. 따라서 일정한 양의 용매에 많은 양의 물질을 녹이고자 한다면 용매의 온도를 높여 주면 됩니다.

▲ 백반의 용해(출처: 에듀넷)

이러한 방법을 생활 속에 활용한 것이 시럽을 만드는 과정입니다. 시럽은 여러 가지 과일의 즙에 설탕을 섞은 매우 단 음식입니다. 따라서 일정한 양의 물에 많은 양의 설탕을 녹여야 만들 수 있습니다. 하지만 일정한 양의 물에 녹을 수 있는 설탕의 양은 한정되어 있기 때문에 물의 온도를 높여 주어야 합니다. 따라서 시럽을 만들 때에는 물의 온도를 서서히 높여 주면서 설탕을 녹이는 것입니다.

지금까지 살펴본 바로 다양한 가루 물질들은 온도가 높을 때 물에 더 많이 녹는다는 것을 알 수 있었습니다. 따라서 같은 양의 물에 더 많은 가루 물질을 녹이려면 온도를 높이면 됩니다. 이러한 가루 물질의 성질을 잘 파악하면 두 가지 이상의 물질을 잘 섞을 때 활용할 수 있을 것입니다.

[자료출처: 에듀넷]