혼합물은 끓는점이 일정하지 않다는 것을 보여주려고 만들었던건데
순물질에서 끓는점이 물질의 특성인 이유를 설명할때 사용해도 될 것 같네요.
순수한 물은 100도에서 끓지만
소금물과 같은 혼합물은 더 높은 온도에서 끓는다. 그리고 끓는점이 계속해서 올라간다.
평상시에 설명하던 방법을 간단하게 가상실험으로 제작해 보았다.
설정에서 압력을 표시하면 대기압과 수증기압이 화살표로 표시된다.
사람모형표시를 누르면 분자들이 사람모양으로 바뀐다.
끓는점 오름에 대한 것은 이렇게 가르치면 좋습니다.
물이 100도가 되면 대기압을 뚫고 공기중으로 날아가게 되는데 그것이 끓는점입니다.
그런데 혼합물이 되면
물 표면에서 혼합물(저는 힘센 깡패들(?) 이라고 예를 들기도 합니다.)들이 물이 대기중으로 날아가는 것을 방해합니다.
그래서 100도에서는 선량한 물들이 대기중으로 못 날아가고 더 높은 온도가 되어야지만 끓게 됩니다.
물이 끓으면 끓을수록 선량한 물들의 비율은 줄어들고 상대적으로 깡패들의 비율은 더 많아지게 되지요(농도가 진해지는 거지요)
그럼 점점 물이 대기중으로 빠져나가기가 더 힘들어 집니다. 더 많은 에너지가 필요하지요
그래서 혼합물의 끓는점은 점점 더 올라가게 되는 겁니다.
얼때는 깡패들이 물분자끼리 뭉치는 것을 마찬가지로 방해하게 되지요.
몇몇의 물 분자들이 틈을 타서 달라붙으면서 얼음으로 바뀌게 되는데
그렇게 되면 마찬가지로 선량한 물분자들의 비율이 깡패(불순물)들의 비율에 비해 점점 작아지게 됩니다.
그럼 결합하기가 더 힘들어 지겠지요. 그래서 어는점은 계속 내려가게 됩니다.
저희학교는 남학교기 때문에 상황설명을 할때
학생들을 물분자라고 생각하고 불순물(깡패)들이 막고 있다고 가정하면 잘 이해하는 편입니다
어는점에 대해서도 억지로 설명한다면
증기압
증기압으로 말하자면 액체는 그 증기압이 주변 기압과 같아질 때 끓기 시작한다. 용질이 녹아 있는 용매는 그 용해로 인해 증기압이 낮아지게 된다. 비휘발성 용질은 0의 증기압을 가지고 있으므로, 용액의 증기압은 용매의 증기압보다 낮아지게 된다. 따라서, 증기압과 주변부 기압을 일치시키기 위해서 더 높은 온도가 필요하므로 끓는점이 상승하게 된다.
화학 퍼텐셜
화학 퍼텐셜로 말하자면 끓는점에서는 액체 상태와 기체 상태가 동일한 화학 퍼텐셜(또는 증기압)을 가지게 되는데, 이는 이 두 상태가 에너지적으로 동일하다는 의미이다. 화학 퍼텐셜은 온도에 따라 변하며, 다른 온도에서는 액체상태나 기체상태의 화학 퍼텐셜이 달라 더 낮은 퍼텐셜을 가지는 상태로 되려는 경향을 보인다. 따라서 비휘발성 용질이 더해지면, 액체 상태인 용매의 화학 퍼텐셜이 용해작용으로 낮아지게 되는 반면 기체 상태의 용매의 화학 퍼텐셜은 변하지 않는다. 따라서 액체 상태와 기체 상태의 평형점이 다른 온도로 이동하게 되고, 끓는점 오름과 같은 현상이 발생하게 되는 것이다.[1]
어는점 내림은 끓는점 오름과 비슷한 현상이다. 그러나 어는점이 내려가는 정도가 끓는점이 올라가는 정도보다 더 크다. 이 두 현상으로 인해, 용액이 액체 상태로 존재할 수 있는 온도의 범위가 더 넓어진다.
위에서 설명했듯이 선량한 물분자들이 모여서 얼때, 불순물들이 방해를 해서 얼기가 더 힘들어 진다고 했잖아요(어는점 내림)
그러니까 반대로 녹을때는
불순물들의 방해에도 불구하고 간신히(힘들게) 달라 붙어 있던 물 분자들(얼음)이 서로 떨어져서(녹아서 ) 물이 되는 것은 조금만 서로 잡아당기고 있던 힘들을 풀어도 쉽게 떨어지니까 훨씬 더 낮은 온도에서도 녹을 수 있다고 설명하면 어떨까요?
제 생각이었습니다.