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앙금생성반응 - 다빈치가 화학을 알았더라면 목록

조회 : 25307 | 2009-03-16

[실험 개요]
과학 시간에 많이 활용하는 뿌옇게 흐려지는 석회수. 신장결석의 원인이 되는 옥살산칼슘 등, 우리 주변에는 앙금을 형성하는 것이 참 많다. 앙금의 개념을 알고, 투명한 두 용액을 섞을 때 앙금이 생성되는 것을 관찰해보자.




[실험 재료]
여러 가지 시약 : 염화나트륨 수용액, 염화칼슘 수용액, 요오드화칼륨 수용액, 황화나트륨 수용액, 질산은 수용액, 질산납 수용액, 탄산나트륨 수용액, 질산구리 수용액, 반응판, 마이크로 스포이드, 비커





[실험 과정]
1. 다양한 앙금생성 반응
1-1. 반응판에 표시되어있는 용액에 따라 한방울씩 떨어뜨린다.
(이때 스포이드 끝이 먼저 떨어뜨린 수용액과 만나지 않도록 주의한다)
1-2. 용액의 반응에 따라 색깔을 가진 앙금이 생성되는 것을 볼 수 있다.

2. 요오드화납 앙금생성 반응
2-1. 비커에 질산납 1% 용액을 5ml 넣는다.
2-2. 질산납 용액이 들어 있는 비커에 요오드화칼륨 용액을 5ml 넣는다.
2-3. 노란색 앙금이 생성되는 것을 확인한 후 가열한다.
2-4. 침전이 모두 녹아 용액이 맑아지는 것을 볼 수 있다.
2-5. 이 용액을 시험관에 담은 후, 차가운 물이 담긴 비커에 식혀 변화를 관찰한다.
2-6. 노란색 앙금이 다시 생성되는 것을 볼 수 있다.






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[실험 정리]
탄산칼슘과 염화은은 흰색 앙금이 생성되었고 요오드화납은 노란색 앙금이 생성, 황화구리와 황화납은 검은색 앙금이 형성되었다.



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[알아봅시다]

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1. 용해도
용질이 용매에 용해할 때, 일정 온도에서는 그 양에 한도가 있다. 이 한도를 용질의 용매에 대한 용해도라 하며, 보통 용매 100 g 속에 용해하는 용질의 g 수로 나타낸다. 요오드화납은 실온에서 물에 대한 용해도가 작지만 뜨거운 물에는 용해된다. 요오드화납의 용해도는 찬물의 경우 0.044g/100mL이며, 뜨거운 물에는 0.41g/mL가 된다.

고체의 용해도는 온도에 크게 의존한다. 물질의 용해 반응이 발열반응이면 포화용액의 온도를 상승시킬 때 평형 조건이 고체 쪽으로 적합하므로 용액의 농도가 줄어든다. 용해 반응이 흡열반응인 경우에 온도를 상승시키면 포화상태를 이루기 위해서는 더 많은 고체가 용해된다. 즉, 평형 조건이 생성물쪽으로 옮겨 간다.




2. 재결정
요오드화 납을 가열하면 용해도가 높아져 완전히 녹아 맑은 용액이 되며, 얼음물에 빠르게 냉각시킬 경우 재결정 형성이 빠르게 일어난다. 이 때 형성된 결정은 짙은 황금색 빛으로 반짝이는 모양을 나타낸다. 그러나 실온에서 서서히 냉각시키는 경우는 결정 형성이 느리고 결정 의 색깔도 엷은 노란색으로 반짝이는 정도가 매우 약하게 나타난다. 이와 같은 방법으로 결정을 크게 키울 수 있는데 이를 재결정법이라 한다. 이 같은 재결정법은 물질을 순수하게 만들고자 할 때에도 이용된다.

요오드화납은 재결정하여 얻어진 고체인 경우는 황색 결정인 육방정계의 구조를 이루기 때문에 반짝이며 빛나는 것이다. 일반적으로 고체의 결정 종류 가운데서 50%가 단사정계, 25%가 사방정계, 15%가 삼사정계를 이루며, 나머지들은 입방정계, 정방정계, 삼방정계, 육방정계의 순서로 작아진다.




3. 용해도 곱
포화용액에서 염(난용성염인 경우가 많다)을 구성하는 양이온과 음이온과의 농도의 곱을 말한다. 이온평형에 대하여 질량작용의 법칙이 적용된다면, 일정한 온도에서는 포화용액의 농도 및 이온화상수는 일정한 것으로 간주할 수 있으므로, 용해도곱도 일정온도에서는 일정한 값을 보인다. 침전적정(沈澱滴定)에서 특히 중요한 값이다.

예를 들면, 염화은의 포화수용액에서는,
AgCl → Ag+Cl-
과 같은 평형이 성립되어 있다. 


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따라서, 이 때의 평형상수 K는 오른쪽과 같이 표시되는데, 포화용액이므로 AgCl은 온도가 일정하고, 일정한 값을 가지며,
Ag+Cl-=KAgCl=S
가 된다. 이 S가 용해도곱이다. 단, 각 이온의 농도는 mol/ℓ로 나타낸다.  

 



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[참고자료]
화학에는 문외한이었던 천재 화가, 다 빈치
<최후의 만찬>은 유화와 템페라 기법을 혼합하여 그린 것이다. 다 빈치는 이런 혼합 기법을 자주 사용하였는데, 이는 그가 화학에 관해서는 상당히 무지하였음을 보여준다. 템페라에 사용하는 달걀노른자는 수분을 거의 50% 이상 함유한 에멀젼(emulsion)인데 유화는 기름이므로 수지 균형이 깨어져 상 분리가 일어날 수밖에 없기 때문이다.

모든 분야를 두루 섭렵한 천재 다 빈치도 화학만은 정복하지 못한 것 같다. 그는 납이나 구리를 함유한 색(흰색, 녹색 등)과 황을 함유한 색(버밀리온-붉은색, 울트라마린-파란색 등)을 자주 함께 사용하였는데 이들은 서로 반응하면 갈색이나 검은색으로 바뀐다. 또한 나무판에 석회를 발라서 평편하게 만들고 그 위에 그림을 그렸는데, 석회는 탄산화하여 울트라마린 등과 반응하면 탈색한다.

플란드로의 얀 반 에이크가 다 빈치보다 수십 년이나 앞서 정교한 유화 기법을 완성한 것에 비하면 다 빈치의 미술 재료에 관한 화학적 지식은 상당히 취약한 듯하다. 실제로 에이크의 그림은 오랫동안 색채를 잃지 않고 견고하나 다 빈치의 이 그림은 이미 그의 생전에 심한 박락(채색층이 균열되어 떨어지는 현상)이 일어나고 색채도 전체적으로 갈색이나 어두운 색으로 바뀌었다.

이 그림은 손상이 너무 심하고 수세기 동안 보수와 보수를 거듭하여 거의 알아보지도 못할 지경이 되어 마침내 1980년대부터 대복원 작업을 하여 완전히 새로운 색채로 태어났다.

[ 참고문헌 ]
1. 미술관에 간 화학자, 전창림, 2007, 랜덤하우스.
2. 2007학년도 남부교육청 과학중심학교 과학우수학생 실험반 교재.

 



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실험| 문성중학교 윤미숙 선생님




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