세계의 바다와 호수에서 자연적으로 발견되는 소금물은 오늘날 과학과 일상 생활에서 다양한 용도로 사용됩니다.
소금이 물에 녹는 것은 많은 사람들이 굳이 따로 생각해보지 않는 지극히 평범한 일입니다.
하지만 이 현상은 과학의 원리로 설명할 수 있는 조금은 복잡한 과정입니다.
이 글에서 소금이 물에 녹는 이유와 물에서 소금을 다시 분리하는 원리에 대해 알려드리겠습니다.
소금은 왜 물에 녹나요?
소금이 물에 녹는 이유를 이해 하려면 원소의 화학 결합 원리를 이해하는 것이 중요합니다.
화학 결합에는 이온 결합, 공유 결합, 수소 결합 및 반 데르 발스 상호 작용의 네 가지 유형이 있습니다.
이름이 복잡하지만 우리는 이온 결합과 공유 결합만 이해하면 됩니다.
이온 결합
이온 결합 은 정전기 인력으로 인해 발생하는 반대 전하를 띤 이온 사이의 일종의 화학 결합입니다 .
양전하를 띤 이온은 한 원자에서 다른 원자로 전자를 이동시켜 음전하를 띤 이온과 결합을 형성합니다.
이온 결합 의 형성은 전자 교환을 기반으로 합니다. 전자를 잃은 원자는 양이온(양전하)이고, 전자를 얻은 원자는 음이온(음전하)입니다.
상호 작용 중에 음이온과 양이온 사이에 강한 정전기 인력이 발생합니다.
이온 결합 은 두 이온이 함께 서도록 합니다 . 이러한 종류의 결합은 중성 입자 사이에 형성될 수 없습니다.
이 원리에는 양이온과 음이온이 있어야 합니다. 이온 결합 이 형성 될 때 발생하는 전자 교환에서 주고받는 전자의 수는 서로 같습니다 .
공유 결합
공유 결합은 살아있는 유기체에서 발견되는 가장 일반적이고 가장 강력한 형태의 화학 결합입니다.
두 요소가 하나 이상의 전자를 공유하는 경우 이를 공유 결합 이라고 합니다.
단일 공유 결합 은 두 개의 비금속 원자가 한 쌍의 전자를 공유할 때 형성되고, 이진 공유 결합 은 두 쌍의 전자를 공유할 때 형성되고, 삼중 공유 결합 은 세 쌍의 전자가 공유될 때 형성됩니다.
공유 전자는 두 코어 사이에서 더 많은 시간을 보내기 때문에 (-) 부하 영역을 만듭니다.
이 영역은 두 코어에 인력을 적용하여 결합을 형성합니다.
물에 소금을 용해하는 방법
NaCl 화합물 ( 식염 의 주성분 )은 이온 결합된 결정성 화합물입니다.
물 분자는 용해되기 전에 결정 형태로 결합된 Na 및 Cl 원자를 용해합니다. 결과적으로 물은 용매입니다.
NaCl 분자의 결정이 물(H2O)에 용해되면서 물 분자의 수소(H) 이온이 염의 (-) 전하를 띤 염소(Cl) 이온을 둘러쌉니다.
마찬가지로 (-) 하전된 산소(O) 이온, (-) 하전된 (+) 나트륨(Na) 이온을 둘러싸고 있습니다. 정전기는 이 반응을 일으키는 힘입니다.
이 과정을 거친 후 물 분자는 나트륨 이온과 염소 이온 사이에 들어가 분리됩니다. 따라서 소금은 물에 용해됩니다.
분리된 이온은 용매에 고르게 퍼져 균일한 혼합물을 형성합니다.
이 과정은 소금이 완전히 녹을 때까지 계속됩니다. 물에 소금을 너무 많이 넣으면 소금의 일부가 녹지 않고 바닥으로 가라앉게 됩니다.
소금은 녹지만 물에는 녹지 않습니다. 용융 현상은 완전히 다른 방식으로 발생합니다.
물에서 소금을 분리하는 방법은?
깨끗한 물 공급이 부족한 경우 바닷물에서 염분을 분리하여 깨끗한 물을 얻을 수 있습니다 .
이렇게 얻은 물은 해수에 박테리아와 해조류가 많이 함유되어 있어 마실 수 없지만 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
반면 식수를 구할 수 없거나 갈증으로 인한 사망이 흔한 지역에서는 염수 담수화 방식으로 얻은 물을 임시 해결책으로 식수로 사용할 수 있습니다.
염수 담수화 에는 증류, 역삼투, 전기 투석 및 데칸산 첨가 의 4가지 다른 방법이 있습니다 .
증류는 이 모든 방법 중에서 가장 일반적이고 쉽게 적용할 수 있는 방법입니다. 이 분리 방법은 간단한 가전 제품으로도 실험할 수 있습니다.
소금은 물보다 끓는점이 훨씬 높기 때문에 소금물에 열을 가하면 소금의 구조가 변하지 않고 물은 빨리 증발합니다.
증류를 위해 물이 완전히 증발할 때까지 소금물을 가열합니다. 가열된 물의 증발 속도는 점차 증가합니다. 이 절차가 끝나면 소금만 남습니다.
증발수를 보관할 경우 염수를 끓이는 용기의 뚜껑을 닫아 호스나 파이프가 들어갈 수 있도록 한다. 호스의 다른 쪽 끝은 빈 용기에 넣습니다.
열과 함께 수증기는 호스를 통해 빈 용기 쪽으로 이동하고 빈 용기가 더 낮은 온도에 따라 다시 액체로 변환됩니다.
그 결과 염수 담수화 가 일어나 깨끗한 물을 얻을 수 있습니다.
역삼투압법에 의한 담수화는 바닷물이 투과성 필터를 통해 강제로 이동하면서 물이 밀려나면서 염분 함량이 상승하는 방식으로 작동합니다.
이 방법은 신뢰할 수 있지만 역삼투 펌프는 비용이 많이 듭니다.