다음 중 일반적으로 공극률이 가장 큰 토양은?
- 자갈
- 조립질 모래
- 미사
- 점토
정답과 해설 보기
정답 ④ · 토양 입자의 크기가 작을수록 단위 체적당 표면적이 넓어지고 입자 사이의 미세한 간격인 공극이 발달하게 됩니다. 따라서 입자가 가장 굵은 자갈이나 조립질 모래에 비해 입자 크기가 매우 미세한 미사(silt)나 점토(clay)의 공극률이 현저히 높습니다.
개념 한 쪽
토양환경기사 흡착특성 — 양이온치환능과 콜로이드 전하
토양의 흡착특성은 토양 구성 성분별 특성과 함량에 의해 결정되며, 전체 양이온치환능(CEC)은 성분별 CEC의 함량 가중 평균으로 산출한다는 점을 중심으로 다룬다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「흡착특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기본 개념 판별 | 1 | 토양 생성 인자와 결과적 성질 구분을 통한 정오판단 |
| CEC 가중평균 계산 | 1 | 구성 성분의 함량과 개별 CEC로 전체 CEC 계산 절차 적용 |
| 점토 광물 특성 비교 | 1 | 점토 광물의 구조와 소성지수 등 물리적 특성의 서열 판별 |
뜻
토양은 다양한 구성 성분(부식질, 점토, 실트, 모래 등)으로 이루어지며, 각 성분이 가지는 양이온교환용량(또는 CEC)은 혼합토양의 전체 CEC에 기여한다는 원리로 설명한다. 전체 CEC는 각 성분의 함량 비율을 소수로 바꾸어 그 성분의 CEC 값에 곱한 후 합산하여 구한다는 계산 규칙을 적용한다.
혼합 토양의 CEC 계산에서는 CEC가 없는 성분(예: 모래)은 계산에서 제외하며, 시료 질량이 주어졌다면 1kg당 평균값을 구하기 위해 합산한 값을 시료 질량으로 나누는 보정 단계를 적용해야 한다는 점을 강조한다.
토양 콜로이드의 전하 특성은 pH에 따라 변하며, 등전점 이하의 산성 상태에서는 콜로이드가 양전하를 띠고, 등전점 이상에서는 음전하를 띤다는 점을 명확히 설명한다. 이에 따라 전하 상성에 의해 양이온과 음이온의 흡착 경향이 달라지므로, 예컨대 양이온인 카드뮴은 콜로이드가 양전하인 상태에서는 흡착이 잘 일어나지 않는다는 원리를 적용한다.
점토 광물의 구조적 특성은 흡착 및 물리적 성질(예: 소성성)과 연관된다. 표면적이 크고 층간 거리가 큰 광물일수록 이온 교환능이 크고 물과의 결합이 강해져 소성지수가 커지며, 대표적으로 팽창성이 큰 점토광물이 높은 소성지수와 큰 영향을 보인다는 내용을 포함한다.
예제
1) 성분 가중 평균에 의한 CEC 계산 예시를 제시한다. 구성: Kaolinite 30% (CEC 10 meq/100g), 팽창성 점토 40% (CEC 100 meq/100g), 나머지 모래는 CEC 무시 시 전체 CEC는 10×0.3 + 100×0.4 = 3 + 40 = 43 meq/100g으로 계산된다는 절차를 보여준다.
2) 시료 질량 보정을 포함한 CEC 계산 예시를 제시한다. 토양시료 2kg에 부식질 6% (150 cmole/kg), 점토 15% (70 cmole/kg), 실트 10% (15 cmole/kg)일 때 성분별 기여도를 계산하면 0.06×150 + 0.15×70 + 0.10×15 = 9 + 10.5 + 1.5 = 21 cmole가 되며, 1kg당 값은 21 ÷ 2 = 10.5 cmole/kg으로 정리된다는 계산 절차를 보여준다.
대표 기출 3문항
어떤 모래질 점토가 Kaolinite 30%, Montmorillonite 40%, 나머지는 모래로 구성되어 있다. Kaolinite 와 Montmorillonite의 양이온치환능(CEC)을 각각 10meq/100g, 100meq/100g 이라고 할 때, 이 흙의 양이온 치환능은? (단, 모래의 양이온 치환능은 무시)
- 34meq/100g
- 43meq/100g
- 54meq/100g
- 73meq/100g
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 혼합된 토양에서 각 광물 성분의 질량비와 각 성분별 CEC 값을 이용해 전체 양이온치환능을 구하는 가중평균 계산 문제이다. 혼합물의 CEC는 각 성분의 CEC에 그 성분의 질량비를 곱해 합산하면 되므로 계산은 10meq/100g×0.30 + 100meq/100g×0.40 = 3 + 40 = 43meq/100g으로 진행한다.
혼합 흙의 CEC는 각 구성 성분의 CEC를 함량 비율로 가중 평균하여 계산한다.
소성지수는 토양의 액성한계와 소성한계의 차를 나타내는 지수이다. 점토함량이 같은 경우 소성지수가 큰 순서대로 바르게 나열된 것은?
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정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 점토광물별로 동일한 점토 함량에서 소성지수가 큰 순서를 묻고 있다. 소성지수는 입자 구조와 표면적에 의해 영향을 받으며, 층간 결합이 약하고 표면적이 큰 광물이 소성지수가 크다.
입자 두께가 얇을수록 소성지수가 크므로 몬모릴로나이트가 가장 크다.
자주 묻는 물음
- 양이온치환능(CEC)은 어떻게 계산하나?
- 혼합토양의 CEC는 각 성분의 함량 비율을 소수로 바꿔 그 성분의 CEC에 곱한 뒤 모두 더하는 가중 평균으로 계산한다는 원리를 적용한다.
- 콜로이드의 등전점이 흡착에 미치는 영향은 무엇인가?
- 등전점 이하의 낮은 pH에서는 콜로이드가 양전하를 띠므로 양이온은 반발하여 흡착이 잘 일어나지 않으며, 등전점 이상에서는 콜로이드가 음전하를 띠어 양이온의 흡착이 용이하다는 전하 상성 원리를 기억해야 한다.
- 성분별 CEC 계산 시 시료 질량이 주어지면 어떤 절차를 따르나?
- 먼저 성분별 함량×개별 CEC를 합산하여 총 기여도를 구하고, 시료 전체 질량이 주어졌다면 1kg당 평균값을 얻기 위해 합산값을 시료 질량으로 나누는 보정 단계를 수행한다는 절차를 따른다.
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