학문
수려한집게벌레191
얼음 위에 소금을 뿌리면 얼음이 녹으면서 온도가 급격히 낮아지는 이유가 무엇인가요?
얼음 위에 소금을 뿌리면 얼음이 녹으면서 온도가 급격히 낮아지는 이유를, 소금 이온이 물 분자의 결정 형성을 방해하는 '어는점 내림'과 얼음이 녹을 때 주변 에너지를 흡수하는 '융해열' 관점에서 설명해 주세요.
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
얼음 위에 소금을 뿌렸을 때 얼음이 녹으면서도 주변 온도가 영하 20도 가까이 급격히 떨어지는 현상은 물리적인 상태 변화와 화학적인 이온 작용이 결합한 결과입니다.
먼저 얼음이 녹을 때 발생하는 융해열의 흡수 과정을 살펴보면 다음과 같습니다. 얼음이 액체인 물로 변하기 위해서는 주변으로부터 에너지를 흡수해야 하는데 이를 융해열이라고 합니다. 얼음 위에 소금을 뿌리면 소금이 얼음 표면의 미세한 수분에 녹으면서 얼음을 강제로 녹게 만듭니다. 이때 얼음은 녹는 데 필요한 방대한 에너지를 주변 환경과 자기 자신으로부터 빼앗아 가기 때문에 주변 온도가 순식간에 곤두박질치게 됩니다.
이 과정에서 소금 이온은 어는점 내림 현상을 일으켜 얼음이 다시 얼지 못하도록 방해합니다. 물은 온도가 낮아지면 분자들이 규칙적으로 배열되며 얼음 결정을 만듭니다. 하지만 소금이 물에 녹아 나트륨 이온과 염화 이온으로 분리되면, 이 이온들이 물 분자들 사이사이에 끼어들어 물 분자들이 서로 결합하여 격자 구조를 만드는 것을 물리적으로 가로막습니다.
결과적으로 순수한 물은 0도에서 얼지만, 소금물이 된 액체는 이온들의 방해 때문에 0도보다 훨씬 낮은 온도에서도 얼지 않고 액체 상태를 유지하게 됩니다. 어는점이 낮아진 덕분에 얼음은 계속해서 녹게 되고, 녹는 과정에서 주변의 열을 지속적으로 흡수하는 융해열 작용이 극대화됩니다.
결국 소금은 어는점을 낮추어 얼음을 강제로 녹게 만드는 방화쇠 역할을 하고, 그 결과 발생하는 강력한 융해열 흡수 반응이 주변 온도를 급격히 냉각시키는 원동력이 됩니다. 이러한 원리를 이용하면 얼음과 소금만으로도 아이스크림을 얼릴 수 있을 만큼 강력한 냉각 효과를 얻을 수 있습니다.
채택 보상으로 288베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요.
얼음 위에 소금을 뿌리면 얼음이 녹으면서도 온도가 급격히 낮아지는 이유는, 소금이 물의 어는점을 낮추어 얼음을 녹게 만들고, 그 얼음이 녹는 과정에서 주변으로부터 많은 열을 빼앗아 가기 때문입니다. 순수한 물과 얼음은 0℃에서 고체와 액체가 평형을 이루고 있기 때문에 얼음 표면 일부가 녹아 물이 되고, 동시에 물 일부는 다시 얼어붙는 과정이 균형을 이룹니다. 이때 소금을 뿌리면 얼음 표면에 존재하던 얇은 물층에 녹아 Na⁺와 Cl⁻ 이온으로 분리됩니다. 소금물이 되면 물 분자들이 얼음 결정 구조를 만들기가 더 어려워지는데요, 원래 얼음은 물 분자들이 규칙적인 수소결합 격자를 이루어야 형성되는데, Na⁺와 Cl⁻ 이온이 사이에 들어오면 물 분자들이 이온 주변에 배열되며 규칙적 결정 형성이 방해되기 때문입니다. 결과적으로 순수한 물처럼 0℃에서 얼 수 없고, 더 낮은 온도까지 내려가야 얼 수 있게 됩니다.
즉, 0℃의 얼음 위에 소금을 뿌리면 그 표면에서는 0℃에서도 액체로 존재할 수 있는 소금물이 만들어지기 때문에 얼음은 녹기 시작하는 것인데요, 하지만 얼음이 녹는 과정은 에너지가 필요한 변화입니다. 고체 상태의 물 분자들이 단단한 수소결합 구조에서 벗어나 액체 상태로 움직이려면 열을 받아야 합니다.
얼음 1 g이 녹아 물이 되려면 약 334 J 정도의 에너지가 필요한데요, 이 에너지는 주변 환경에서 가져와야 합니다. 주변 공기, 그릇, 손, 바닥, 남아 있는 얼음, 소금물 자체에서 열이 이동하여 얼음을 녹이기 때문에 주변은 열을 빼앗겨 온도가 내려가며 갑자기 엄청 차가워졌다고 느끼는 것입니다. 감사합니다.