개념 한 쪽
점토광물은 미세한 입자 크기와 큰 비표면적을 가지며, 이로 인해 물과 이온을 흡착하고 팽윤·수축 등의 거동을 보인다. 점토광물의 종류에 따라 소성지수와 양이온치환능(CEC)이 달라지므로 공학적 성질과 이용성을 판단할 때 이 특성들을 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「점토광물 구조 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 입자 크기와 비표면적 판단 | 1 | 입자 크기와 단위질량당 표면적의 관계를 가리기 |
| 흡습수 성질 판별 | 1 | 흡습수의 결합력과 식물 이용 가능성 구분하기 |
| 점토광물의 층위·구성 판단 | 1 | 토양 성층과 B층의 특성 비교·식별하기 |
토양 입자 크기는 굵은 모래, 가는 모래, 미사, 점토 순으로 작아지며 입자가 작을수록 단위 질량당 표면적(비표면적)이 커진다. 점토는 현미경 수준의 미세한 입자이므로 같은 질량에서 다른 입자보다 훨씬 큰 총표면적을 제공하여 양분과 오염물질의 흡착이 뛰어나다고 설명할 수 있다.
토양수분의 물리적 분류와 관련하여 점토 표면에 강하게 결합된 물(흡습수)은 식물이 이용할 수 없고 제거에 많은 에너지가 필요하다. 모세관수는 표면장력과 중력이 평형을 이루는 상태로 pF 2.54~4.5 범위에 해당하며 유효수분의 주요 부분을 차지한다. pF 값은 수분장력의 상용로그로 해석되며 pF 4는 h=10^4 cm(100 m수두)에 해당한다.
점토광물의 소성지수(PI)는 액성한계와 소성한계의 차이로 정의되며 광물의 팽윤성·흡수성에 비례한다. 몬모릴로나이트는 팽윤성이 커서 소성지수가 가장 크고, 일라이트·핼로이사이트·카올리나이트 순으로 소성지수가 작아진다. 이 순서는 점토의 공학적 팽창성 판단에 직접적으로 이용한다.
양이온치환능(CEC)은 토양이 양이온을 흡착할 수 있는 능력으로, 혼합된 토양의 전체 CEC는 각 구성 광물의 CEC에 그 함유비율을 곱한 값의 합으로 계산한다. 모래 성분의 CEC는 무시할 수 있다고 가정할 때 점토광물의 종류와 비율이 전체 CEC를 결정하므로 혼합 토양의 이온 보유능을 예측할 때 이 원리를 적용한다.
모래가 섞인 점토에 카올리나이트가 30%, 몬모릴로나이트가 40% 포함되고 나머지는 모래로 구성되며, 카올리나이트의 CEC가 10 meq/100g이고 몬모릴로나이트의 CEC가 100 meq/100g일 때 전체 CEC는 각 광물의 기여도를 합산하여 구한다. 계산은 0.30×10 = 3meq/100g, 0.40×100 = 40meq/100g이며 합하면 43meq/100g이 된다. 모래의 CEC는 무시하므로 최종값은 43meq/100g으로 판정한다.
다음 토양 성분중 일반적으로 단위질량당 표면적이 가장 큰 것은?
정답 ④ · 문제는 동일 질량에서 표면적이 가장 큰 토양 성분을 묻고 있다. 입자 크기가 작을수록 단위 질량당 입자 수가 늘어나 총 표면적이 커지므로 가장 미세한 점토가 비표면적이 가장 크다.
입자가 작을수록 단위 질량당 표면적이 커지므로, 가장 작은 입자인 점토가 미사·모래보다 표면적이 가장 크다.
토양수분의 물리학적 분류중 '흡습수'에 관한 설명으로 알맞지 않는 것은?
정답 ④ · 토양수분 중 흡습수는 토양입자 표면에 아주 강력한 전기적 인력으로 결합되어 있는 물입니다. 이 힘은 pF 4.5 ~ 7.0 정도로 매우 크기 때문에 식물의 뿌리가 이 수분을 흡수하여 이용할 수 없습니다.
흡습수는 토양입자에 강하게 결합되어 있어 식물이 이용할 수 없으며 pF 값이 매우 높아 제거에도 에너지가 필요하다.
토양의 수직단면의 성층구조 중 B층에 관한 설명과 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 문항은 토양 단면의 B층 특징 중 부적절한 진술을 찾는 것이다. B층은 풍화와 물질 이동으로 물질이 집적되거나 구조가 발달하는 층으로서 풍화가 활발하게 진행되고 기후에 따라 용탈이나 염류 집적 현상이 나타난다.
B층(충적층)은 풍화작용이 활발히 일어나지만 토양 구조의 구분이 명확히 존재한다.
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