개념 정리
물질의 특성: 밀도, 용해도, 끓는점
단원 개요
물질의 양(질량·부피)에 관계없이 그 물질만이 가지는 고유한 성질인 밀도, 녹는점·어는점, 끓는점, 용해도를 통해 순물질과 혼합물을 구별하고 분리하는 원리를 배웁니다.선수 개념
필수 키워드:겉보기 성질물질의 특성순물질(Pure substance)혼합물(Mixture)밀도(Density, )밀도는 항상 일정밀도가 작은 물질이 위층밀도가 큰 물질이 아래층끓는점과 녹는점시간
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순물질과 혼합물, 끓는점·녹는점과 밀도(Density)
물질의 성질 중 질량이나 부피처럼 양에 따라 변하는 성질을 겉보기 성질이라 하고, 양에 관계없이 그 물질만이 가지는 고유한 성질을 물질의 특성이라고 합니다. 한 가지 물질로만 이루어진 순물질(Pure substance)은 끓는점, 녹는점, 밀도가 일정하지만, 두 가지 이상의 순물질이 섞인 혼합물(Mixture)은 성분비에 따라 이 값들이 달라집니다.
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밀도(Density, ): 단위 부피당 질량으로, 물질이 얼마나 빽빽한가를 나타냅니다:
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같은 물질이면 조각을 반으로 잘라도 질량과 부피가 함께 절반이 되므로 밀도는 항상 일정합니다.
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섞이지 않는 물질끼리는 밀도가 작은 물질이 위층으로 뜨고, 밀도가 큰 물질이 아래층으로 가라앉습니다 (예: ).
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끓는점과 녹는점: 가열하는 불꽃의 세기나 물질의 양을 2배로 늘려도 끓는점에 도달하는 시간만 달라질 뿐, 끓는점(온도) 자체는 절대 변하지 않습니다. 단, 기압이 높아지면(압력밥솥) 끓는점이 올라가고, 기압이 낮아지면(높은 산) 끓는점이 내려갑니다.
핵심 원리
소금물 같은 혼합물은 끓는 동안 물이 증발하면서 농도가 점점 진해지기 때문에, 순수한 물(100°C 일정)과 달리 100°C보다 높은 온도에서 끓기 시작하여 끓는 동안 온도가 계속 올라갑니다!2
고체와 기체의 용해도(Solubility) 및 석출량 공식
용매(물)에 용질(소금 등)이 고르게 섞이는 현상을 용해라 하며, 특정 온도에서 용매 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g 수를 용해도라고 정의합니다. 용해도 곡선 위에 있는 용액은 포화 용액, 곡선 아래는 불포화 용액입니다.
| 구분 | 고체의 용해도 (예: 질산 칼륨, 소금) | 기체의 용해도 (예: 탄산음료 속 , 물속 ) |
|---|---|---|
| 온도의 영향 | 온도가 높을수록 용해도 증가 | 온도가 낮을수록 용해도 증가 (차갑게 보관!) |
| 압력의 영향 | 압력의 영향을 거의 받지 않음 | 압력이 높을수록 용해도 증가 (뚜껑 닫아 고압 유지!) |
| 대표 분리법 | 용해도 차이를 이용한 재결정(Recrystallization) | 감압·가열 시 기포 발생 |
풀이
1) 용해도의 기준은 항상 '물 100g'입니다. 현재 물의 양이 '50g(기준의 절반)'이라는 점에 주의해야 합니다!
2) 60°C에서 물 100g에는 110g이 녹으므로, 물 50g에는 절반인 110 × (50/100) = 55g의 질산 칼륨이 녹아 있습니다.
3) 20°C로 냉각하면 물 100g에 최대 32g까지 녹을 수 있으므로, 물 50g에는 절반인 32 × (50/100) = 16g만 녹아 있을 수 있습니다.
4) 따라서 녹지 못하고 결정으로 빠져나오는 석출량은 55g - 16g = 39g입니다.
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물질의 특성을 이용한 혼합물의 분리와 오개념
혼합물은 성분 물질의 특성 차이를 이용하여 순수한 물질로 분리할 수 있습니다:
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끓는점 차이 이용: 증류(소주 고리, 바닷물에서 식수 얻기), 분별 증류(원유를 가열하여 끓는점이 낮은 석유가스 휘발유 등유 경유 중유 순으로 분리).
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밀도 차이 이용: 좋은 볍씨 고르기(소금물에 넣으면 쭉정이는 뜨고 속이 찬 볍씨는 가라앉음), 분별 깔때기(서로 섞이지 않는 물과 식용유 분리 — 밀도가 큰 물이 아래쪽 꼭지로 먼저 나옴).
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용해도 차이 이용: 재결정(불순물이 섞인 천일염이나 질산 칼륨을 뜨거운 물에 녹인 뒤 냉각하여 순수한 결정만 석출).
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크로마토그래피: 용매를 따라 성분 물질이 퍼져 나가는 속도 차이를 이용하여 사인펜 잉크 색소나 도핑 테스트 약물처럼 복잡하고 미량인 혼합물을 한 번에 분리.
자주 틀리는 오개념 정리:
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"기체의 밀도를 나타낼 때는 온도나 압력을 적지 않아도 된다?" 오개념입니다! 기체는 온도와 압력에 따라 부피가 크게 변하므로 기체의 밀도와 기체의 용해도를 말할 때는 반드시 온도와 압력을 함께 표시해야 합니다.
학습 도움말
분별 깔때기로 액체 혼합물을 분리할 때는 '서로 섞이지 않고 밀도가 다른 액체'(물+기름)여야 합니다. 물과 에탄올은 서로 잘 섞이므로 분별 깔때기가 아니라 끓는점 차이를 이용한 '분별 증류'로 분리해야 합니다!핵심 요약
- ✓밀도(질량/부피), 끓는점, 녹는점, 용해도는 물질의 양에 관계없이 일정한 '물질의 특성'이다.
- ✓순물질은 상태가 변하는 동안 온도가 일정하게 유지되지만, 혼합물은 녹는점과 끓는점이 일정하지 않다.
- ✓고체의 용해도는 온도가 높을수록 증가하지만, 기체의 용해도는 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 증가한다.
- ✓끓는점 차이로 분별 증류, 밀도 차이로 분별 깔때기, 용해도 차이로 재결정, 이동 속도 차이로 크로마토그래피 분리를 수행한다.