개념 한 쪽
토양 콜로이드 입자는 음전하를 띠어 양이온을 흡착하며, 흡착 세기는 이온의 전하량과 수화 반지름에 의해 결정된다. 토양수분과 점토광물의 성질은 식물의 수분 이용과 토양의 물리·화학적 특성에 큰 영향을 미친다.
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출제기준 단원 「토양교질물 및 이온교환」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위조점 값 확인 | 1 | 위조점에 해당하는 토양수분퍼텐셜 값을 묻기 |
| 양이온 흡착 순서 판단 | 1 | 이온의 전하와 반지름으로 흡착 세기 순서를 배열하기 |
| CEC 계산 가중합 | 1 | 성분별 함량과 CEC를 곱해 합산하여 전체 CEC를 계산하기 |
토양 콜로이드 입자는 표면에 음전하를 갖고 있어 양이온을 끌어당겨 흡착한다는 기본 원리가 있다. 흡착 세기는 이온의 전하량이 클수록 강하고, 같은 전하일 때는 수화 반지름이 작을수록 강하게 흡착된다는 원리로 설명한다.
대표적인 양이온의 흡착 세기는 수소 이온(H+)이 가장 강하며, 그 다음으로 2가 이온인 칼슘(Ca2+)과 마그네슘(Mg2+)이 강하다. 단일가 이온들 가운데에서는 칼륨(K+)과 암모늄(NH4+)이 나트륨(Na+)보다 흡착세가 강하고, 전체적으로는 H > Ca=Mg > K > Na 등의 순서로 정리한다.
토양수분은 형태에 따라 결합수, 흡습수, 모세관수, 중력수 등으로 구분한다. 표면장력과 중력이 평형을 이루며 존재하여 식물이 이용하기 쉬운 범위의 수분은 모세관수로, pF 2.54~4.5 범위에 해당한다고 정리한다.
점토광물별 물리화학적 특성도 이해해야 한다. 예컨대 카올리나이트는 1:1 층구조로 층간 결합이 강하여 물분자의 침투가 제한되고 팽창성이 적다는 특성을 가진다고 설명한다. 또한 토양 구성요소의 열전도도는 무기입자 > 물 > 부식 > 공기 순으로 공기가 가장 낮다고 정리한다.
소성 관련 지표로는 소성지수(PI)가 액성한계(LL)에서 소성한계(PL)를 뺀 값으로 정의된다는 것을 명확히 한다. 소성상한은 액성한계와 동의어임을 확인하고 소성지수 = LL − PL 공식을 활용하여 문제를 접근한다.
양이온 흡착 세기 문제는 전하량과 수화 반지름 원리를 적용하여 순서를 정하면 해결할 수 있다. 예를 들어 H+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+가 주어지면 H+가 가장 강하고 Na+가 가장 약한 위치에 오도록 배열한다. CEC 계산 문제는 성분별 함량에 각 성분의 고유 CEC를 곱해 합산하는 가중평균 방식으로 계산한다(예: 점토 95%·CEC 10, 부식 5%·CEC 100이면 총 CEC = 0.95×10 + 0.05×100 = 14.5 cmolc/kg).
토양수분 형태 문제는 pF 범위와 정의를 대조하여 답을 고른다. 표면장력과 중력의 평형 범위인 pF 2.54~4.5는 모세관수에 해당한다고 판정하여 정답을 선택한다.
소성지수 관련 문항은 정의식 LL−PL을 먼저 확인하고 보기에서 동의어 관계(예: 소성상한 = 액성한계)를 찾아 모순을 검토하여 오답을 가려낸다.
식물이 물을 흡수하지 못하여 시들게 되는 토양수분 상태를 나타내는 일반적인 위조점(토양수분퍼텐셜)은?
정답 ② · 문항은 식물이 영구적으로 시들기 시작하는 토양수분 상태(위조점)의 토양수분퍼텐셜 값을 묻는 문제이다. 일반적으로 위조점은 약 -1.5 MPa로 정의되어 식물이 물을 흡수하지 못하는 기준점으로 사용된다.
위조점은 식물이 영구적으로 시들기 시작하는 토양수분퍼텐셜로 일반적으로 -1.5MPa를 기준으로 한다.
토양 클로이드 입자에 흡착되는 양이온의 경우 그 흡착 세기가 순서대로 맞게 나열된 것은?
정답 ① · 문항은 토양 클로이드에 흡착되는 양이온의 흡착세기 순서를 묻는 문제이다. 양이온 흡착력은 전하량과 이온 반지름(전하 밀도)에 의해 결정되며 수소 이온은 높은 전하 밀도로 가장 강하게 흡착하고 나트륨은 수화 반지름이 커 가장 약하게 흡착한다.
클로이드 입자의 양이온 흡착 세기는 전하 밀도와 이온 반지름에 따라 H>Ca>Mg>K>Na 순이다.
토양의 연경도를 나타내는 소성(plasticity)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ② · 소성지수(Plasticity Index, PI)는 액성한계(LL)에서 소성한계(PL)를 뺀 값입니다(LL - PL = PI). 보기 2번에서는 소성상한과 액성한계의 차이가 소성지수라고 설명하고 있는데, 소성상한은 곧 액성한계를 의미하므로 이 둘의 차이는 0이 되어 문맥상 모순이 발생합니다.
소성지수는 액성한계에서 소성한계를 뺀 값이므로 2번 설명이 옳지 않다.
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