중학교 기초 화학 물질의특성

중학교 과학 기초 물질의 특성, 물질상태변화, 혼합물의 분리

<물질의 특성>

 

세상에는 모든 물질은 크게 4가지로 구분할 수 있다. 

1가지 원소로만 이루어진 물질 : 순물질(홑원소물질) 

2개이상의 원소가 결합한 물질 : 혼합물(화합물)

균일하지 않게 섞임 : 혼합물(불균일혼합물)

균일하게 섞임 : 혼합물(균일혼합물)

 

ex) 

철은 뭘까? Fe (홑원소물질)

금은 뭘까? Au(홑원소물질)

산소는 뭘까? O2(홑원소물질)

소금은 뭘까? NaCl(화합물)

물은 뭘까? H2O(화합물)

소금물은 뭘까?  NaCl+ H2O (균일혼합물) 

우유는 뭘까? H2O + 단백질 etc.... (불균일 혼합물)

 

용해도 

* 용질(녹는물질)를 용매(녹이는 물질)에 녹여서 용액(용질+용매)를 만들었다. (3가지 상태 : 불포화->포화->과포화(석출))

용해도 : 어떤 온도에서 용매 100g에 최대로 녹일 수 있는 용질의 g수 

ex) 소금물과 설탕물 사례 : 용해도 곡선 

- 물질마다 용해도가 다르다(설탕이 소금보다 용해도가 크다)

- 온도가 높아지면 용해도는 증가한다.(설탕이 소금보다 온도에 따른 용해도 변화가 크다.)

 

* 기체도 온도가 높아질수록 용해도가 증가할까? => 아니다. 기체는 온도가 낮을수록 용해도가 증가함(이산화탄소-CO2) 

 

 

밀도

입자들의 조밀한 정도 "밀도"

단위 부피당 질량, 질량을 부피로 나눈 값 -> 물질이 뜨고 가라앉는 정도

ex) 비커 질량 53g 밀도 0.9g/mL플라스틱 , 압정 질량 0.5g 밀도 7.8g/mL철  =>물질이 뜨고 가라앉는 것은 질량때문은 아니다! 

 

 

조밀한 정도(밀도)를 알아내는 방법 

1. 부피와 밀도의 관계 

ex) 코르크 마개와 못 비교

질량이 같지만, 부피가 작을수록 밀도가 크다. => 밀도는 부피에 반비례 

 

2.질량과 밀도의 관계 입자 

ex) 금과 은 비교 

 

밀도g/mL , g/cm3 는 부피mL분의 질량g

1. 밀도가 작은 물질은 위로 뜨고, 밀도가 큰물질은 아래로 가라앉는다 

나무 < 식용유 < 플라스틱 < 물 < 글리세린 < 돌 

물 < 계란 < 소금물 

 

2. 밀도는 물질의 고유한 특성이다(단, 온도와 압력에 따라서는 약간씩 달라질 수 있어서 온도와 압력조건을 반드시 명시해야함)

금 19.3g/mL

철 7.8g/mL

플라스틱 0.9g/mL

+ 일반적으로 25도, 1기압에서 측정한 밀도값을 기준으로 한다. 

*밀도표로 물질을 구별할 수 있다. 

 

 

<물질의 상태변화>

*승화

고체  - 융해 -> 액체 - 기화 -> 기체 

고체 <-응고- 액체 <-액화- 기체 

물질의 세 가지 상태 : 고체, 액체, 기체, 

물질의 상태 변화 : 융해, 기화, 승화, 응고, 액화, 승화

물질의 상태가 변하는 것 = 입자 사이의 거리가 변하는 것

 

ex) 얼음 기화 과정 그래프 

상태변화가 일어날 때는 온도가 일정하게 유지되다가 : 녹는점, 끓는점 check 

 

물 100도 

에탄올 78.3도 

철 1538도 

갈륨 30도 

수은 -39도 

- 물질의 양이나 가열세기에 관계없이 일정하다.(단, 주위 압력이 변하면 끓는 점도 변하므로 압력조건을 명시해야함 = 일반적으로 1기압에서 측정한 것을 기준으로 함)

 

 

*순물질과 혼합물 비교 

끓는 점이 더 높아짐(소금이 물의 기화를 방해함)

끓는점이 일정하지 않음 

어는 점이 더 낮아짐 (겨울철 눈이 오면 염화 칼슘을 뿌리는 이유)

어는점이 일정하지 않음 

 

 

<혼합물의 분리>

 

순물질 : 특성으로 다른 물질과 구별되는 고유의 성질 (냄새, 맛, 밀도, 용해도, 끓는점...)

 

1. 끓는점 차이로 분리하기 -> 서로 잘 섞여 있는 액체혼합물을 분리할 때

ex)소주 (물+에탄올), 소금물(물+소금)

 

*증류 : 액체혼합물을 가열하여 증기로 만듦 -> 그 증기를 다시 냉각시켜서 순수한 액체를 얻음 

*분별증류 : 증류과정을 여러번 반복하는 것 

*유리도막(증류를 여러번 하는 효과)

*끓임쪽 (액체가 갑자기 끓어 넘치는 것을 방지하는 효과)

ex) 증류식소주 

 

*분별증류를 이용한 원유의 분리 : 여러 가지 액체 혼합물도 한꺼번에 분리가능 

휘발유,등유,경유,중유 등 그 원유를 370도이상 가열하면 

기회되는 온도 

석유가스 (LPG, 부탄가스) 25도~

휘발유(가솔린) 40도~

등유(항공기) 150도~

경유(디젤) 220도~

중유(선박) 300~

아스팔트 고체 찌꺼기(도로포장)

- 기체 상태로 계속 올라가다가 자신의 끓는점보다  낮은 온도의 층에서 액화되어 분리된다.

- 끓는점이 높은물질 -> 아래쪽에서 분리됨

- 끓는 점이 낮은물질 -> 위쪽에서 분리됨 

 

2. 밀도 차이로 분리하기 -> 서로 섞이지 않는 액체 혼합물을 분리할 때 

*분별깔때기 : 콕을 열어 밀도가 큰 액체만 분리함. ex) 물+식용유 

물 1g/mL 

식용유 0.9g/mL

 

- 서로 밀도 차이가 큰 고체 혼합물을 분리할 때 -> 두 고체의 중간 정도의 밀도의 액체를 넣어 분리 (단 고체가 액체에 녹지 않아야함)

 

 

  3. 용해도 차이로 분리하기 -> 용해도 차이가 큰 고체 혼합물을 분리할 때

거름 용매에 녹지 않는 성분 물질을 거름 장치로 걸러냄 

ex) 소금(용매에 녹아 거름종이를 통과함) + 모래(용매에 녹지않아서 거름종이에 걸러짐)

 

추출 특정물질만 녹일 수 있는 용매를 이용하여 원하는 물질만 분리 

ex) 약탕기, 거름종이커피...

 

재결정 고체를 높은 온도에서 용매에 녹임 -> 가열 또는 냉각시켜 순수한 고체를얻음 

ex) 소금물, 붕산 (용매를 증발시키거나, 용질을 석출시킴- 그때 아주 작은 고체를 결정이라고 함 )

- 분별결정 온도에 따른 용해도 변화가 큰 고체와 용해도 변화가 작은 고체를 분리 

재결정 : 순도 높이기 

분별결정 : 분리하기 

= 고체물질을 녹인 용매를 가열 -> 서서히 냉각시켜 용질을 석출 

 

크로마토그래피  밀도 끓는점 용해도를 이용한 분리가 어려운 혼합물 : 물질이 용매를 따라 이동하는 속도차이(물질의 특성)를 이용하여 분리

ex) 사인펜 색소 분리 : 이동 속도가 빠른 물질 , 느린 물질 확인 (종이 크로마토그래피)

*전개율 (Rf) = 용매가 이동한 거리에서 성분물질이 이동한 거리 (속도가 빠르면 전개율이 큰 것)