아이스캔디나 아이스크림을 만들 때 지금은 전기 기계를 사용하지만 그리 오래지 않은 옛날에는 식염을 넣어 얼렸다. 이 원리를 말하자면 보통 물은 0℃에서 얼지만 소금이나 설탕을 녹인 물은 그보다 낮은 온도로 하지 않으면 얼지 않은 성질 때문이다. 이 현상을 화학 용어로 ‘어는점 내림’이라고 한다.
예를 들면 얼음 100g에 소금 33g을 섞으면 -2℃까지 온도를 내릴 수가 있다. 이러한 반응을 흡열 반응이라고 하고, 두 종류 이상의 물질을 섞어 저온을 실현시킬 수 있는 물질을 한제(寒劑)라고 한다. 얼음과 소금을 섞는 것만 어는 점을 내리는 것이 아니고 눈과 알코올을 100:105의 비율로 섞으면 -3℃, 얼음과 염화칼슘을 섞으면 -5℃, 드라이아이스와 알코올을 섞으면 -72℃까지 내려간다. 나아가 드라이아이스라는 것은 고체의 이산화탄소로 자체 온도가 -50℃를 밑돈다.
그렇더라도 어떻게 얼음과 소금처럼 다른 물질을 섞는 것만으로 어는 점이 내려가는 걸까? 대개 얼음이라는 상태로 결정을 이루고 있던 분자들이 그 결합을 풀고 물로 변화할 땐 결합을 풀기 위한 열에너지를 주위에서 빼앗아야 한다. 이것을 융해열이라고 하고, 물 1g당 약 80kcal가 필요하다. 또한 소금이 물에 녹아 나트륨 이온과 염화 이온으로 분해될 때도 열 에너지를 주위에서 빼앗는다. 이것을 용해열이라고 하고 소금 1g당 약 16kcal가 필요하다. 그런데 얼음이 물에 떠 있는 광경을 생각해 보라. 주위의 물이 0℃를 조금만 웃돌아도 얼음은 그 열을 빼앗아 녹는다. 그러나 수온이 0℃가 되면 얼음은 융해열을 빼앗을 수 없게 되고 그 이상은 녹지 못한다. 이 때, 그 곳에 소금을 끼얹으면 소금이 물에서 열을 빼앗아 나트륨 이온과 염화 이온인 식염수가 된다. 여기서 식염수는 스스로의 농도를 내리려고 하면서 더욱 얼음의 융해를 촉진한다. 그 때문에 얼음은 0℃ 이하가 되어도 계속 녹고, 소금은 융해열을 빼앗기 위해 더욱 빙점을 떨어뜨린다.
이처럼 한제에 의해 어는 점이 내려가는 것은 용해열과 융해열에 인한 것이다. 덧붙여 겨울 눈길에 소금 등 제설제를 뿌리는 것은 어는 점을 내려서 도로가 어는 것을 막기 위해서이다. 도로가 어는 것을 막기 위해 어는 점을 내린다는 것은 어쩐지 반대되는 것 같지만 앞에서 말한 원리에 의해 제설제를 뿌리면 노면 온도가 0℃를 밑돌아도 어는 일이 없게 되는 것이다.
예를 들면 얼음 100g에 소금 33g을 섞으면 -2℃까지 온도를 내릴 수가 있다. 이러한 반응을 흡열 반응이라고 하고, 두 종류 이상의 물질을 섞어 저온을 실현시킬 수 있는 물질을 한제(寒劑)라고 한다. 얼음과 소금을 섞는 것만 어는 점을 내리는 것이 아니고 눈과 알코올을 100:105의 비율로 섞으면 -3℃, 얼음과 염화칼슘을 섞으면 -5℃, 드라이아이스와 알코올을 섞으면 -72℃까지 내려간다. 나아가 드라이아이스라는 것은 고체의 이산화탄소로 자체 온도가 -50℃를 밑돈다.
그렇더라도 어떻게 얼음과 소금처럼 다른 물질을 섞는 것만으로 어는 점이 내려가는 걸까? 대개 얼음이라는 상태로 결정을 이루고 있던 분자들이 그 결합을 풀고 물로 변화할 땐 결합을 풀기 위한 열에너지를 주위에서 빼앗아야 한다. 이것을 융해열이라고 하고, 물 1g당 약 80kcal가 필요하다. 또한 소금이 물에 녹아 나트륨 이온과 염화 이온으로 분해될 때도 열 에너지를 주위에서 빼앗는다. 이것을 용해열이라고 하고 소금 1g당 약 16kcal가 필요하다. 그런데 얼음이 물에 떠 있는 광경을 생각해 보라. 주위의 물이 0℃를 조금만 웃돌아도 얼음은 그 열을 빼앗아 녹는다. 그러나 수온이 0℃가 되면 얼음은 융해열을 빼앗을 수 없게 되고 그 이상은 녹지 못한다. 이 때, 그 곳에 소금을 끼얹으면 소금이 물에서 열을 빼앗아 나트륨 이온과 염화 이온인 식염수가 된다. 여기서 식염수는 스스로의 농도를 내리려고 하면서 더욱 얼음의 융해를 촉진한다. 그 때문에 얼음은 0℃ 이하가 되어도 계속 녹고, 소금은 융해열을 빼앗기 위해 더욱 빙점을 떨어뜨린다.
이처럼 한제에 의해 어는 점이 내려가는 것은 용해열과 융해열에 인한 것이다. 덧붙여 겨울 눈길에 소금 등 제설제를 뿌리는 것은 어는 점을 내려서 도로가 어는 것을 막기 위해서이다. 도로가 어는 것을 막기 위해 어는 점을 내린다는 것은 어쩐지 반대되는 것 같지만 앞에서 말한 원리에 의해 제설제를 뿌리면 노면 온도가 0℃를 밑돌아도 어는 일이 없게 되는 것이다.
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댓글
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작성자은은한달빛 작성시간 03.08.18 저 0℃에서 얼음과 소금이 있을경우에서요. ①얼음은 0℃라는 조건이 있어서 융해열을 흡수 할 수 없는것이고 ②소금은 이온화가 되지않았기 때문에 얼음으로부터 열을 뺏을수 있는건가요?
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작성자하늘바람 작성자 본인 여부 작성자 작성시간 03.08.18 ①0℃의 얼음과 물이 공존할 경우 얼음은 융해열을 흡수할 수 없습니다. 즉 더이상 녹기위한 열에너지를 물이 가지고 있지않단 말이죠.반응에서 평형상태를 생각하면 될거에요.②소금은 결합을 풀고 이온화가 되기위해선 열에너지가 필요하죠.글고 이온화되어 식염수가 되면 농도를 더 내리기 위해 열을 또 빼앗게 됩니다.