용해도 실험 방법 | 온도에 따른 용해도 변화

용해도는 일정한 온도에서 용매(보통 물) 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 양을 의미합니다. 대부분의 고체 용질은 온도가 높아질수록 용해도가 증가하며, 이 특성은 다양한 과학 및 산업 공정에서 매우 중요하게 작용합니다. 본문에서는 용해도의 개념과 온도 변화에 따른 용해도 변화를 직접 확인할 수 있는 실험 방법을 자세히 소개합니다.

용해도란 무엇인가?

용해도(solubility)는 다음과 같이 정의됩니다:

$$\text{용해도 (g/100g H₂O)} = \frac{\text{어떤 온도에서 최대한 녹을 수 있는 용질의 질량}}{100g \, \text{물}}$$

용해도는 물질의 종류, 용매의 종류, 온도, 압력 등에 따라 달라지며, 주어진 조건에서 포화 용액을 형성할 수 있는 용질의 최대 양으로 나타냅니다.

온도와 용해도 관계

대부분의 고체 용질(예: 설탕, 소금, 붕사 등)은 온도가 증가할수록 용해도가 증가합니다. 반면, 일부 기체는 온도가 높아지면 용해도가 감소합니다. 이번 실험에서는 고체 용질을 이용하여 온도에 따른 용해도 변화를 확인합니다.

용해도 실험 준비물

• 고체 용질 (예: 설탕, 소금, 붕사 등)
• 비커 (100mL 이상) 3개 이상
• 온도계
• 가열기구 (예: 알코올 램프, 온수 욕조, 전기 온열판 등)
• 교반막대 또는 유리막대
• 저울 (정밀한 전자저울 추천)
• 눈금 실린더 또는 계량컵
• 여과지 및 깔때기 (남은 용질 분리용, 선택사항)

온도에 따른 용해도 측정 실험 방법

1. 일정량의 물 준비

각 비커에 100mL의 물을 계량하여 담고, 서로 다른 온도로 가열하거나 냉각하여 준비합니다. 예: 20℃, 40℃, 60℃, 80℃.

2. 용질 투입 및 녹이기

각 온도의 물에 용질을 소량씩 추가하며, 저어가면서 완전히 녹이는 것을 반복합니다. 더 이상 녹지 않고 바닥에 남을 때까지 용질을 추가합니다.

3. 남은 용질 분리

바닥에 남은 용질이 있을 경우, 여과지를 이용해 걸러낸 후 남아있는 포화 용액의 질량을 측정합니다.

4. 용해도 계산

용해도는 최종적으로 녹아 있는 용질의 질량을 기준으로 계산합니다. 예:

$$\text{용해도} = \frac{\text{완전히 녹은 용질의 질량}}{100g \, \text{물}}$$

예시 결과표

온도 (℃)	녹은 용질 질량 (g)	용해도 (g/100g H₂O)
20	34	34
40	49	49
60	74	74
80	97	97

표를 통해 온도가 증가할수록 더 많은 용질이 녹는다는 사실을 확인할 수 있습니다.

그래프 작성

X축: 온도(℃), Y축: 용해도(g/100g H₂O)로 그래프를 작성하면, 온도에 따른 용해도 증가 추세를 시각적으로 확인할 수 있습니다. 대부분 고체 용질은 완만한 곡선 형태의 증가 그래프를 보입니다.

주의사항

• 각 온도에서 충분히 시간을 들여 용질이 완전히 녹을 수 있도록 합니다.
• 모든 비커에서 정확히 100g의 물을 사용해야 비교가 가능합니다.
• 온도 측정 시 물과 온도계가 완전히 접촉하도록 합니다.
• 용질의 질량 측정 시 항상 전자저울의 영점을 맞춰 사용합니다.

결론

이 실험을 통해 고체 용질의 용해도가 온도에 따라 증가하는 경향이 있음을 확인할 수 있습니다. 이는 분자 운동의 활발함이 용질과 용매 간의 상호작용을 촉진시키기 때문입니다.

실험은 용해도의 정의와 측정 방법을 실제로 체험하고, 데이터를 통해 과학적으로 분석하는 과정을 포함하기 때문에 탐구 능력 향상에 효과적입니다. 또한, 그래프를 활용한 데이터 시각화와 비교 분석 활동을 통해 과학적 사고력과 해석 능력을 기를 수 있습니다.

온도에 따른 용해도의 변화는 화학 반응 설계, 제약, 식품 제조 등 다양한 분야에서도 응용되므로, 이 실험은 실생활과도 밀접하게 연결되어 있다는 점에서 매우 유익한 과학 활동입니다.