개념 한 쪽
용해도는 일정 온도에서 용매 100g에 포화 상태까지 녹을 수 있는 용질의 그램 수다. 위험물산업기사에서는 기체와 고체의 용해도 경향, 냉각에 따른 석출량 계산, 재결정에 의한 정제가 출제된다.
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출제기준 단원 「용해도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용해 현상 이유 설명 | 1 | 압력 변화에 따른 기체 용해도 변화 까닭 고르기 |
| 순도 확인 방법 선택 | 1 | 고체 순도를 확인하는 조사 방법 고르기 |
| 석출량 계산 | 1 | 온도에 따른 용해도 차이로 석출량 계산 |
용해도의 정의를 정확히 잡는 것이 첫걸음이다. 용해도는 용매 100g 기준이지 용액 100g 기준이 아니다. 20℃에서 NaCl의 용해도가 36이라면 물 100g에 소금 36g이 녹아 있는 상태가 포화이고, 포화용액의 총 질량은 136g이다. 몰 수나 당량 수로 정의하는 것은 몰농도·노르말농도 개념이지 용해도가 아니다.
고체와 기체의 용해도는 온도에 대해 반대로 움직인다. 고체는 대부분 온도가 올라가면 용해도가 커지는데, 특히 녹을 때 열을 흡수하는 흡열 과정인 물질이 그렇다. 용해시켰더니 온도가 내려갔다면 그 용해는 흡열 과정이라는 뜻이고, 르 샤틀리에 원리에 따라 온도를 올리면 더 녹는 방향으로 평형이 이동해 용해도가 증가한다. 기체는 온도가 오르면 용해도가 줄고 압력에 비례한다(헨리의 법칙). 탄산음료의 병마개를 열면 압력이 낮아져 이산화탄소의 용해도가 감소하고, 녹아 있던 기체가 빠져나오면서 거품이 된다.
냉각에 따른 석출량은 두 온도의 용해도 차이로 바로 구한다. 질산칼륨의 용해도가 100℃에서 247, 10℃에서 20이라면 100℃에서 물 100g에 포화시킨 뒤 10℃로 식히면 247 - 20 = 227g이 석출된다. 난용성 염의 포화 용액에서는 용해도 곱 상수(Ksp)를 쓴다. AgCl처럼 1:1로 이온화하는 염은 Ksp = s²이므로 용해도 s = 1.12×10⁻⁵ mol/L이면 Ksp ≈ 1.25×10⁻¹⁰이다.
용해도 차이는 정제에 쓰인다. 질산칼륨은 온도에 따른 용해도 변화가 크고 염화나트륨은 변화가 작으므로, 고온에서 포화용액을 만들어 식히면 질산칼륨만 결정으로 석출되어 재결정으로 불순물을 제거할 수 있다. 끓는점 차이는 증류, 분자 크기 차이는 막분리의 원리다. 정제된 고체의 순도는 녹는점 측정으로 확인하는데, 순수한 고체는 일정한 녹는점을 가지고 불순물이 섞이면 녹는점이 낮아지며 녹는 범위가 넓어진다.
시험은 「옳지 않은 것」 보기로 경향을 거꾸로 쓴다. 흡열 반응 고체의 용해도가 온도 상승에 따라 작아진다는 보기는 틀린 설명이고, 탄산음료 거품의 원인을 온도나 분해 반응으로 돌리는 보기도 오답이다. 포화용액을 묻는 문제는 '용해도 숫자 + 100 = 용액 총량'로 답을 고르고, 석출량은 고온 용해도에서 저온 용해도를 빼면 된다.
차가운 탄산음료수의 병마개를 뽑으면 거품이 솟아 오르는 이유는?
정답 ③ · 탄산음료의 마개를 열었을 때 거품이 발생하는 원리를 기체의 용해도 법칙과 관련지어 묻는 문제이다. 헨리의 법칙에 따르면 일정한 온도에서 액체에 녹는 기체의 양은 기체의 부분 압력에 비례한다.
헨리의 법칙에 따라 기체의 용해도는 압력에 비례하므로, 압력 감소 시 용해도가 낮아져 기체가 방출된다.
한 고체 유기물질을 정제 하려고 할 때 정제과정에서 이 물질에 순수한 상태로 되었나를 알아보기 위한 조사 방법으로 가장 정확한 방법은 무엇인가?
정답 ② · 정제된 고체 유기 물질이 불순물 없이 순수한지 확인하는 가장 정확한 방법을 묻는 문제이다. 순수한 고체 물질은 고유하고 일정한 녹는점을 가지며 녹는 온도 범위가 매우 좁다.
순수한 고체 물질은 일정한 녹는점을 가지며, 불순물이 섞이면 녹는점이 낮아지고 범위가 넓어진다.
산칼륨의 용해도는 10[℃]에서 20, 100 [℃]에서 247이다. 100[℃]에서 100[g]의 물에 질산칼륨을 포화시킨후 10[℃]로 냉각시키면 몇[g]의 질산칼륨의 석출되는가?
정답 ③ · 질산칼륨의 용해도가 100℃에서 247이라는 것은 100g의 물에 247g의 질산칼륨이 녹아 포화용액이 됨을 의미합니다. 이 용액을 10℃로 냉각시키면, 10℃에서의 용해도가 20이므로 100g의 물에는 20g만 녹아 있을 수 있습니다.
용해도 차이는 석출량과 같으므로, 100℃ 용해도 247g에서 10℃ 용해도 20g을 빼면 석출량 227g이 된다.
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