[질문] 겨울철에 눈이 많이와 도로에 염화칼슘을 뿌리면 눈이 녹고 난 후 다시 잘 얼지 않는다고 들었습니다. 혹시, 눈을 빨리 녹게 하는데도 염화칼슘이 도움이 되나요? 만약, 그렇다면 무슨 원리로 눈을 빨리 녹일 수 있나요?
[답변] 제설제의 원리는 두 가지가 있습니다.
첫번째는 발열반응으로 그 열로 주위의 눈을 녹이게 되는 것입니다. 도로에 내린 눈은 지열 및 압력 등에 따라 약간은 녹게 됩니다. 여기에 제설제를 뿌리면 제설제는 물에 용해되고 그 과정에서 열이 발생합니다. 그 결과 주의의 물은 녹아서 더 많은 물이 생기고 더 많은 용해반응이 일어납니다.
염화칼슘은 조해성이라는 성질을 가지고 있습니다. 조해성이란 주변의 수분을 흡수하는 성질을 말합니다. 즉 쉽게 말한다면 염화칼슘을 눈위에 뿌리게 되면 염화칼슘이 눈에 녹은 수분을 흡수하게 됩니다. 이렇게 흡수된 수분과 염화칼슘이 반응하여 분해되게 되고 그 결과 발열과정이 일어나 열이 밖으로 나오게 되어 주변의 더 많은 눈을 녹여서 수분이 생성이 되게 되고 그 결과 이런 작용이 반복이 되어 눈이 얼어 붙는 작용을 방해하게 됩니다.
두번째는 어는점 내림입니다. 순수한 물이 아닐 경우는 용질의 농도에 따라 어는점이 내려갑니다. 염화칼슘이 30%정도 함유된 물은 영하 50도 정도가 되어서야 얼기 시작합니다. 일단 녹아버린 눈은 어는점이 내려가므로 다시 얼기가 힘듭니다. 바로 바닷물이 얼지 않는 원리인 어는점 내림 현상에 의한 것입니다.
어는점 내림 현상이란 순수한 용매보다 용질이 녹아있는 용액에서는 어는점이 내려간다는 원리이지요. 순수한 용매보다 용액에서는 증기압 내림 현상이 나타나면서 끓는점은 올라가고 어는점은 내려갑니다.
그런데 어는점 내림이나 끓는점 오름 정도는 용매가 결정해주는 어는점 내림(끓는점 오름)상수와 그 용액의 몰랄농도(입자수에 비례)의 곱으로 결정되어집니다. 만약 용매가 보통의 경우처럼 물이라면 어는점 내림 상수는 1.86이고 끓는점 오름상수는 0.52입니다. 이 상수가 크기에 어는점 내림 현상이 끓는점 오름현상보다 더 두드러지게 나타나게 됩니다.
만약 용액의 몰랄농도가 1몰랄농도라면 이 용액은 -1.86도에서 얼게되는 것입니다.
그런데 이 몰랄농도는 입자의 종류(크기)에 상관없이 무조건 입자의 수에 의존합니다. 만약 설탕물, 소금물, 염화칼슘용액이 같은 몰랄농도로 있다면 이때 어는점 내림 효과는 설탕물에 비해 소금물은 2배 염화칼슘 용액은 3배가 됩니다. 이는 이온화한 입자수에 의존하기 때문입니다.
[답변] 제설제의 원리는 두 가지가 있습니다.
첫번째는 발열반응으로 그 열로 주위의 눈을 녹이게 되는 것입니다. 도로에 내린 눈은 지열 및 압력 등에 따라 약간은 녹게 됩니다. 여기에 제설제를 뿌리면 제설제는 물에 용해되고 그 과정에서 열이 발생합니다. 그 결과 주의의 물은 녹아서 더 많은 물이 생기고 더 많은 용해반응이 일어납니다.
염화칼슘은 조해성이라는 성질을 가지고 있습니다. 조해성이란 주변의 수분을 흡수하는 성질을 말합니다. 즉 쉽게 말한다면 염화칼슘을 눈위에 뿌리게 되면 염화칼슘이 눈에 녹은 수분을 흡수하게 됩니다. 이렇게 흡수된 수분과 염화칼슘이 반응하여 분해되게 되고 그 결과 발열과정이 일어나 열이 밖으로 나오게 되어 주변의 더 많은 눈을 녹여서 수분이 생성이 되게 되고 그 결과 이런 작용이 반복이 되어 눈이 얼어 붙는 작용을 방해하게 됩니다.
두번째는 어는점 내림입니다. 순수한 물이 아닐 경우는 용질의 농도에 따라 어는점이 내려갑니다. 염화칼슘이 30%정도 함유된 물은 영하 50도 정도가 되어서야 얼기 시작합니다. 일단 녹아버린 눈은 어는점이 내려가므로 다시 얼기가 힘듭니다. 바로 바닷물이 얼지 않는 원리인 어는점 내림 현상에 의한 것입니다.
어는점 내림 현상이란 순수한 용매보다 용질이 녹아있는 용액에서는 어는점이 내려간다는 원리이지요. 순수한 용매보다 용액에서는 증기압 내림 현상이 나타나면서 끓는점은 올라가고 어는점은 내려갑니다.
그런데 어는점 내림이나 끓는점 오름 정도는 용매가 결정해주는 어는점 내림(끓는점 오름)상수와 그 용액의 몰랄농도(입자수에 비례)의 곱으로 결정되어집니다. 만약 용매가 보통의 경우처럼 물이라면 어는점 내림 상수는 1.86이고 끓는점 오름상수는 0.52입니다. 이 상수가 크기에 어는점 내림 현상이 끓는점 오름현상보다 더 두드러지게 나타나게 됩니다.
만약 용액의 몰랄농도가 1몰랄농도라면 이 용액은 -1.86도에서 얼게되는 것입니다.
그런데 이 몰랄농도는 입자의 종류(크기)에 상관없이 무조건 입자의 수에 의존합니다. 만약 설탕물, 소금물, 염화칼슘용액이 같은 몰랄농도로 있다면 이때 어는점 내림 효과는 설탕물에 비해 소금물은 2배 염화칼슘 용액은 3배가 됩니다. 이는 이온화한 입자수에 의존하기 때문입니다.
