중2과학 6단원 물질의 특성 - 용해도(1)
용해도를 공부하기 전 용해도에서 다루는 용어 정리를 먼저 했습니다. 용질, 용매, 용액, 용해에 대해서 알아봤고, 용액이 되었을 때 섞기 전 질량과 부피의 관계, 그리고 용액이 되었을 때 농도를 구하는 방법에 대해서 정리를 했습니다. 용해도를 보기 전 꼭 읽어보시기 바랍니다.
2023.09.22 - [중등과학문제/중2 과학이론] - 중2과학 6단원 물질의 특성 - 용해도 (용해, 용액, 용매, 용질)
중2과학 6단원 물질의 특성 - 용해도 (용해, 용액, 용매, 용질)
물질의 특성은 물질만이 가지고 있는 고유한 성질이죠. 물질의 특성에는 밀도, 끓는점, 녹는점(어는점), 용해도, 겉보기 성질이 있죠. 겉보기 성질, 밀도, 끓는점, 녹는점(어는점)에 대해서 포스
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용해도
용해도는 일정 온도에서 용매 100g에 최대한 녹을 수 있는 용질의 g를 말합니다. 용해도는 같은 온도, 같은 용매이라도 물질의 종류에 따라서 다르기 때문에 물질의 특성이 됩니다. 예를 들면, 염화나트륨(소금)과 설탕이 20℃ 물 100g에 녹을 수 있는 양은 달라요. 그래서 용해도은 물질의 특성이 됩니다.
다만, 용해도는 같은 용매이라도 온도에 따라서 용질이 녹을 수 있는 양이 다르고, 같은 온도라도 용매의 종류에 따라서 달라집니다. 이런 특성이 있어서 보통 우리가 배우는 용매는 물 100g에 한해서 그래프를 보고 있습니다. 물 이외에 다른 용매를 사용한 용해도는 중학교 및 고등학교에서도 배우지 않기 때문에 우리는 용매가 물일 때만 생각하시면 됩니다.
용해도 곡선
용해도 곡선은 온도에 따른 물질의 용해도를 나타낸 그래프를 말합니다.
그림에서 용해도에 빨간색 동그라미는 용매가 물이라는 것을 의미하고, 초록색 동그라미는 용해도 값으로, 용매 100g을 제외한 용질의 양만 나타냅니다. 그리고 파란색 네모부분은 온도입니다.
그림에서 A, B, C. D, E는 60℃일 때 물질의 용해도 값으로 물질마다 다르다는 것을 알 수 있죠. B에서 용해도값이 대충 109이죠. 이는 용질의 양이 109g이라는 것이에요. 왜? 물 100g은 제외한 값이기 때문입니다. 따라서 어떤 물질이 60℃일 때 용해도가 50이라면 용질의 양만 50g이라는 것이에요.
보통 문제에는 가)라는 물질이 60℃일 때 포화용액이 150g이라고 하면 용매와 용질은 각각 몇 g일까요?라고 하는데요, 여기서 가) 물질이 60℃일 때 용해도가 50이라고 하면, 용액은 용매와 용질의 합이죠. 용해도에서 용매는 100g이 빠져 있으므로, 포화용액에서 용매는 100g이고, 용질은 50g입니다. 이해가 되시나요?
포화 용액 만드는 방법
용해도 곡선에서 포화용액을 만드는 방법은 정말로 간단합니다.
그림에서 물질 A는 불포화 상태이죠. 포화용액을 만드는 방법은 2가지가 있어요. 1. 용질은 더 넣어주면 용해도 곡선에 도달하게 됩니다. 가령 A에 20g이라고 한다면 60℃일 때 용해도가 60이므로 용질을 40g을 더 넣어주면 용해도 곡선에 도달하므로 포화용액이 됩니다.
2. 현재 온도가 60℃이죠. 온도를 30℃로 낮추면 A는 용해도 곡선에 도달하므로, 포화용액이 됩니다.
따라서 불포화 용액을 포화 용액을 만드는 방법은 1. 용질을 더 넣어주던가, 2. 온도를 낮추면 됩니다.
석출량 구하기
용해도 곡선을 이용하여 물질의 석출량을 구할 수 있습니다. 석출량은 현재 온도에서 온도를 낮추면 과포화 용액이 되므로 용질이 석출이 됩니다. 이때 석출량을 쉽게 구할 수 있습니다.
석출량을 구하는 방법은 다음과 같아요.
그래프에서 A점에 있을 때 용질의 양이 169g이죠. 이를 20℃로 낮췄을 때 32g만 녹기 때문에 169g 중 32g만 녹고 나머지는 녹지 않고 용액 바닥에 가라앉게 됩니다. 따라서 석출량는 169g - 32g이 되므로 137g이 석출 됩니다.
두 번째 B점에서 용질의 양은 100g이 녹아 있는 상태이네요. 이를 20℃로 낮추게 되면 이때 녹을 수 용질의 양은 32g 이므로, 석출량은 100g - 32g 이므로 68g이 석출이 됩니다.
이해가 되시나요??
용매에 따른 용해도와 석출량
용해도는 같은 온도라도 용매에 따라서 용질의 양이 달라질 수 있습니다. 예를 들면 물 100g에 녹을 수 있는 소금이 20g이라면 물 50g이나 물 200g 에는 소금이 녹을 수 있는 양이 물 100g에 녹을 수 있는 양과 다르겠죠? 물 100g에 소금이 20g 이 녹는다면 물 50g에는 소금이 10g만 녹고, 물 200g에는 소금이 40g이 됩니다. 용매가 2배가 되면 용질의 양도 2배가 되고, 용매의 양이 반으로 감소하면 용질의 양도 반으로 감소합니다. 용매의 양에 따라서 녹을 수 있는 용질의 양은 비례식으로 간단하게 풀 수 있습니다.
비례식에서 X는 용해도 곡선이나 문제에 나와 있는 용해도 값을 넣어주면 됩니다. 예를 들면 50℃ 일 때 용해도가 50g이라면 용매가 50g일 때는 용해도는 어떻게 될까요? 용해도일 때 용매는 100g이고, 이때 용질의 양은 50g이라는 것은 알 수 있죠. 위 비례식에서 X에 50g을 넣고 용매 200g을 50g으로 바꿔서 Y를 구하면 됩니다. 따라서 용매 100g : 50g = 용매 50g : Yg 이렇게 하여 구하시면 됩니다.
석출량 구하는 방법
석출량 구하는 방법도 마찬가지입니다. 가령 50℃일 때 용해도가 50일 때 온도를 20℃로 낮추면 석출량은 얼마일까요? (단, 20℃일 때 용해도는 20입니다.) 이떄 석출량은 현재 온도일 때 용해도 - 낮춘 온도의 용해도를 구하면 되죠? 따라서 50 - 20 = 30g 입니다. 50℃일 떄 포화용액이 75g일 때 20℃로 낮췄을 때 석출량은 어떻게 될까요? 우선, 50℃일 때 포화용액이 75g이라고 나와있죠. 여기서 용매와 용질의 양을 구해야 합니다. 50℃일 때 용해도가 50이므로 포화용액은 용매 100g을 합친 150g이 되겠죠? 근데 75g이라면 용매와 용질의 양이 각각 반씩 들어 있다는 것입니다. 따라서 용매는 50g, 용질은 25g 이므로 현재 녹아 있는 용질의 양은 25g이라는 것. 20℃가 되었을 때 용해도가 20이죠. 이때 용매는 100g이네요. 그럼 용매 50g일 때 용해도는 10이 됩니다. 이유는 위에서 비례식으로 계산하면 되죠. 따라서 20℃일 때 용매 50g에 녹는 용질의 양은 10g 이므로 석출량은 50℃일 때 녹아 있는 양 25g - 현재 녹아 있는 양 10g을 빼면 됩니다. 이해가 되시나요?
이해가 안 되시면 천천히 읽어보시고, 스스로 계산해 보시면 도움이 될 것이라고 봐요^^
상태에 따른 용해도가 있는데요, 이 부분은 다음 편에 작성할꼐요~~ 점점 길어질 것 같아서요~~
그럼 오늘도 즐거운 하루 보내세요^^ 이상 용해도에 대해서 알아봤습니다.^^