자동차 냉각수에 에틸렌글리콜을 섞어 부동액을 만드는 이유를 용액의 총괄성의 관점에서 설명해 주세요.

Question

자동차 냉각수에 에틸렌글리콜을 섞어 부동액을 만드는 이유를 용액의 총괄성의 관점에서 설명하고, 농도가 진해질수록 효과가 커지는 이유가 무엇인지 설명부탁드려요.

Answer 1

안녕하세요.

자동차 냉각수에 에틸렌글리콜을 섞어 부동액을 만드는 이유는 용액의 총괄성 때문인데요, 총괄성이란 용질의 종류가 아니라 용액 속에 존재하는 입자의 수에 의해 결정되는 성질을 말합니다.

순수한 물에 에틸렌글리콜을 넣으면, 용액 속에 용질 입자가 증가하면서 물 분자들이 규칙적으로 배열되어 얼음 결정을 형성하는 과정이 방해받기 때문에 물이 얼기 위해서는 더 낮은 온도가 필요하게 됩니다. 따라서 겨울철에도 냉각수가 쉽게 얼지 않아 라디에이터나 엔진이 손상되는 것을 방지할 수 있습니다.

반대로 끓는점도 변화하는데요, 에틸렌글리콜이 섞이면 물 분자들이 기체로 증발하기 어려워지기 때문에 더 높은 온도에서 끓게 되는데, 이를 끓는점 오름이라고 합니다. 이로 인해 여름철 고온 환경에서도 냉각수가 쉽게 끓지 않아 엔진 과열을 막는 데 도움을 줍니다. 이때 농도가 진해질수록 효과가 커지는 이유는 총괄성이 입자 수에 비례하기 때문인데요, 에틸렌글리콜의 농도가 증가하면 용액 내 입자 수가 많아지고, 그만큼 물 분자의 배열과 증발이 더 강하게 방해받습니다. 따라서 어는점은 더 낮아지고 끓는점은 더 높아지는 효과가 커집니다. 하지만 농도를 계속 높인다고 해서 효과가 무한히 증가하는 것은 아니기 때문에 일정 농도 이상에서는 점도가 증가하고 열전달 효율이 떨어지며, 실제로는 최적의 혼합 비율에서 가장 효율적인 냉각 성능을 제공합니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

자동차 냉각수에 에틸렌글리콜을 섞어 사용하는 이유는 용액의 총괄성 때문입니다. 총괄성이란, 용액의 성질 중에서 용질의 종류가 아니라 입자의 수에 의해 결정되는 성질을 말합니다. 대표적으로 어는점 내림, 끓는점 오름, 증기압 내림, 삼투압 등이 여기에 속합니다.

에틸렌글리콜은 물에 잘 녹아 많은 분자를 제공하는데, 이로 인해 냉각수 속의 입자 수가 증가합니다. 입자가 많아지면 물 분자들이 규칙적인 얼음 결정 구조를 형성하기가 어려워져 어는점이 낮아지고, 동시에 증발하려는 경향도 줄어들어 끓는점은 높아집니다. 따라서 겨울철에는 냉각수가 쉽게 얼지 않아 엔진이 파손되는 것을 막고, 여름철에는 끓어 넘치거나 증발하는 것을 방지하여 엔진을 안정적으로 보호할 수 있습니다.

또한 농도가 진해질수록, 즉 에틸렌글리콜의 분자 수가 많아질수록 총괄성 효과가 더 크게 나타납니다. 이는 어는점 내림과 끓는점 오름이 용질의 몰랄 농도에 비례하기 때문입니다. 따라서 농도가 높아질수록 냉각수는 더 낮은 온도에서도 얼지 않고, 더 높은 온도에서도 끓지 않게 됩니다. 다만 지나치게 농도가 높으면 점도가 커져 열전달 효율이 떨어지고 냉각 성능이 저하될 수 있으므로, 일반적으로 40~60% 정도의 농도가 가장 적절합니다.

즉, 에틸렌글리콜을 섞는 이유는 총괄성에 의해 냉각수의 어는점과 끓는점을 변화시켜 엔진을 보호하기 위해서이며, 농도가 높아질수록 효과가 커지는 것은 입자 수가 많아져 총괄성 효과가 더 크게 나타나기 때문입니다.