개념 한 쪽
콜로이드는 미세한 입자가 분산매에 떠 있는 분산계로, 입자와 용매의 친화도에 따라 친수성 또는 소수성으로 분류된다. 친수성 콜로이드는 용매화층(수화막)에 의해 안정화되고 소수성 콜로이드는 전하에 의한 이중층 안정화에 의존하거나 염에 의해 쉽게 응집한다. 문제는 이들 특성의 대비를 묻는 유형이 자주 출제된다.
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출제기준 단원 「계면화학 반응」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 친수성 콜로이드 특성 판별 | 1 | 수화막·에멀젼 유사성으로 친수성 판정 |
| 친수성·소수성 대비 선택 | 1 | 전해질 민감성 등으로 소수성 오답 식별 |
| 물의 물리성질 변동 판단 | 1 | 온도 상승에 따른 밀도·표면장력 변화 가림 |
콜로이드는 입자 크기와 표면 성질로 정의되는 분산계이며, 분산매와의 상호작용에 따라 친수성 콜로이드와 소수성 콜로이드로 구분된다. 친수성 콜로이드는 입자 표면의 극성 작용기(-OH, -COOH, -NH2 등)가 분산매와 강한 결합을 형성하여 두꺼운 용매화층을 만들고 이로써 안정한 졸(sol) 상태를 유지한다. 이 때문에 친수성 콜로이드는 전해질에 대해 비교적 안정하며 많은 양의 염이 필요해야 응집이 일어난다.
소수성 콜로이드는 입자 표면이 분산매와 친화력이 낮아 수화막이 얇거나 거의 형성되지 않으며, 안정성 확보를 위해 표면 전하에 의한 전기적 반발력(이중층)이 중요하다. 따라서 전해질을 첨가하면 전하가 중화되어 반발력이 약화되고 응집·침전이 쉽게 일어난다. 소수성 콜로이드는 틴달효과가 뚜렷하고 재분산성이 낮은 경향을 보인다.
콜로이드 안정성의 본질은 입자 간 척력과 인력의 균형으로 설명할 수 있다. 전기 이중층에 의한 척력과 반데르발스 인력의 경쟁이 안정도를 결정하므로, 중력은 콜로이드가 뭉쳐 큰 입자가 되었을 때 침전의 원인이 되지만 안정성의 주된 원인은 아니다. 시험에서는 친수성·소수성의 안정화 메커니즘과 틴달효과, 응집의 유발 요인 등을 구별하도록 출제한다.
콜로이드 관련 물성은 온도 등 환경변화에도 영향을 받지만, 계면화학 반응 문제에서는 주로 용매와 입자 표면의 상호작용과 전해질 영향, 그리고 광학적·역학적 거동의 차이를 기준으로 판단한다. 친수성은 용매화층과 에멀젼 유사 특성, 소수성은 염에 민감하고 응집되기 쉬운 특성으로 요약하여 기억한다.
대표적 오개념은 친수성 콜로이드를 소수성의 특성과 혼동하는 것이다. 예컨대 '친수성 콜로이드는 염에 민감하여 소량으로도 응집된다'는 설명은 소수성 콜로이드의 특성과 배치되어 틀리다고 본다. 반대로 '소수성 콜로이드는 현탁액 상태이다'라는 서술도 입자 크기 구분을 무시한 오류이므로 옳지 않다. 또 '콜로이드 안정도는 중력 차이에 의해 결정된다'는 설명은 안정성의 근본 원인인 전하 척력과 분자간 인력의 균형을 간과한 오답이다. 이런 유형은 친수성=수화막(안정) vs 소수성=전하 의존(염에 민감) 대조를 먼저 적용하면 정답을 신속히 가릴 수 있다.
친수성콜로이드의 특성에 해당되는 것은?
정답 ② · 친수성 콜로이드는 입자 표면이 물과 친화력이 강한 -OH, -COOH, -NH2 등의 작용기를 가지고 있어 물 분자를 두텁게 흡착하고 있는 상태입니다. 이러한 특성으로 인해 물과 유화된 상태인 에멀젼(Emulsion) 형태를 띠며, 소수성 콜로이드에 비해 틴달(Tyndall) 현상이 뚜렷하지 않고, 동결 후 다시 용해시키기 어려운 특성(용매화막 때문에 쉽게 재분산되지 않음)을 가집니다.
친수성 콜로이드는 용매와 강한 친화력으로 에멀젼 상태를 유지한다.
다음 콜로이드에 관한 설명중 잘못된 것은?
정답 ② · 친수성 콜로이드는 입자가 물과 결합하여 강력한 용매화막(수화막)을 형성하고 있어 안정성을 유지합니다. 따라서 소수성 콜로이드와 달리 전기적 반발력만으로는 응집이 쉽게 일어나지 않으며, 주로 수화막을 파괴할 수 있는 고분자 응집제나 다가 금속 이온의 압충 작용이 필요합니다.
친수성 콜로이드는 수화막에 의해 안정화되므로 소수성 콜로이드의 안정 원리인 이중층설이 직접 적용되지 않는다.
다음 중 물의 물리적 성질에 관한 설명으로 옳은 것은?
정답 ③ · 문제는 물의 온도가 증가할 때 물리적 성질들(밀도, 점도, 표면장력)이 어떻게 변하는지를 묻고 있다. 온도가 올라가면 분자 간 평균 거리와 운동에너지가 증가하여 물의 밀도는 일반적으로 감소하고, 분자 끌어당김이 약해져 점도와 표면장력도 함께 감소한다.
물의 온도가 증가하면 분자 운동이 활발해져 밀도와 점도, 표면장력이 모두 감소하므로, 이 둘이 감소한다는 설명이 옳다.
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