UNIT 2-3
물질의 특성
겉모습이 비슷한 물질도 밀도 · 용해도 · 녹는점 · 끓는점으로 구별해요. 이 값들은 물질의 양에 관계없이 일정한 물질의 특성이라, 순물질과 혼합물을 가르고 섞인 물질을 나누는 데 써요.
이 단원을 마치면
- 물질의 특성의 뜻을 알고, 질량과 부피를 재어 밀도를 구하며 밀도로 물질을 구별하고 뜨고 가라앉음을 설명한다.
- 용해도와 포화 용액을 알고, 용해도 곡선을 읽어 식힐 때 생기는 결정의 양을 구하며 기체의 용해도가 온도 · 압력에 따라 변하는 것을 설명한다.
- 가열 곡선에서 녹는점 · 끓는점을 찾고, 그것이 양에 관계없는 물질의 특성임을 설명하며 순물질과 혼합물을 구별한다.
- 끓는점 · 밀도 · 용해도의 차이를 이용해 혼합물을 분리하는 원리를 알고 주변의 예를 찾는다.
밀도 — 같은 부피의 질량
이 개념 문제 8개 풀기 →앞에서
중학에서 — 이 단원
다음에
더 높은 층은 준비 중
물질마다 가지는 고유한 성질을 물질의 특성이라고 해요. 색 · 냄새 · 맛 · 굳기 같은 겉보기 성질도 있지만, 비슷해 보이는 물질을 구별하려면 밀도 · 용해도 · 녹는점 · 끓는점처럼 잴 수 있는 특성을 써요. 물질의 특성은 정해진 조건에서 물질의 양과 관계없이 일정해요. 질량과 부피는 양에 따라 달라지므로 물질의 특성이 아니에요.
밀도는 물질의 질량을 부피로 나눈 값, 곧 단위 부피(1 cm³)의 질량이에요.
밀도 실험실
자료 · 계산 물질의 밀도는 화학 편람(CRC Handbook)의 20 °C 값 (나무 · 식용유 · 꿀처럼 종류마다 다른 것은 '약')
해 볼 것 · 금속을 골라 저울에 올려 질량을, 눈금실린더 물에 넣어 부피를 재고 ‘표에 적기’를 눌러요. 같은 금속의 크기를 바꿔 두세 번 적으면 그래프에 직선이 생겨요. ‘뜨고 가라앉기’에서는 층을 이룬 액체에 물체를 넣어 보세요.
| 물질 | 밀도 (g/cm³) | 물질 | 밀도 (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| 금 | 19.3 | 물 | 1.00 |
| 수은 | 13.6 | 얼음 | 0.92 |
| 구리 | 8.96 | 에탄올 | 0.79 |
| 철 | 7.87 | 공기 | 0.0012 |
| 알루미늄 | 2.7 | 헬륨 | 0.00017 |
섞이지 않는 액체끼리는 밀도가 큰 것이 아래로 가라앉아 층을 이뤄요. 물체는 자기보다 밀도가 큰 액체에 뜨고, 밀도가 작은 액체에서는 가라앉아요. 얼음(0.92)이 물(1.00)에 뜨는 것도, 헬륨 풍선이 공기 중으로 떠오르는 것도 밀도 때문이에요. 기체는 온도가 높아지면 부피가 커져 밀도가 작아지므로 뜨거운 공기를 채운 열기구가 떠올라요.
얼음과 물 — 결정 3D
자료 · 계산 결정 구조는 Crystallography Open Database(CC0) — 얼음 #9015208 · 염화 나트륨 #1000041 · 다이아몬드 #9008564 · 흑연 #9011577 · 석영 #1011097. 밀도는 단위 격자 속 원자의 질량 ÷ 부피로 계산
해 볼 것 · ‘얼음’을 돌리고 ‘위에서 보기’를 눌러 육각형 빈틈을 찾아보세요. 파란 상자 속 물 분자 수를 ‘물(액체)’과 비교하면 같은 부피에 얼음 쪽이 더 적어요 — 그래서 얼음의 밀도가 작고 물에 떠요.
질량이 79 g, 부피가 10 cm³ 인 금속 조각이 있어요. 이 금속의 밀도를 구하고, 위의 표에서 어떤 금속인지 찾으세요.
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밀도 = 질량 ÷ 부피 = 79 ÷ 10 = 7.9 g/cm³ 로, 표의 철(7.87)과 가장 가까워요.
알루미늄 조각을 반으로 자르면 질량 · 부피 · 밀도는 각각 어떻게 될까요?
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질량과 부피는 모두 반이 되지만, 둘의 비는 같으므로 밀도는 그대로(2.7 g/cm³)예요. 밀도는 양에 관계없는 물질의 특성이에요.
용해도 — 최대로 녹는 양
이 개념 문제 8개 풀기 →앞에서
중학에서 — 이 단원
다음에
더 높은 층은 준비 중
설탕이 물에 녹는 것처럼 한 물질이 다른 물질에 고르게 섞이는 현상이 용해예요. 녹는 물질이 용질, 녹이는 물질이 용매, 용질이 용매에 녹아 있는 혼합물이 용액이에요. 일정한 온도에서 용질이 더 이상 녹지 않을 만큼 녹아 있는 용액을 포화 용액, 더 녹을 수 있는 용액을 불포화 용액이라고 해요.
용해도는 어떤 온도에서 용매 100 g 에 최대로 녹을 수 있는 용질의 질량(g)이에요. 용해도는 물질마다 다르고, 같은 물질이라도 온도에 따라 달라요. 온도에 따른 용해도를 그래프로 나타낸 것이 용해도 곡선이에요.
- 질산 칼륨
- 염화 나트륨
- 붕산
용해도 곡선과 재결정
자료 · 계산 질산 칼륨 · 염화 나트륨 · 붕산의 용해도(물 100 g 에 녹는 최대 질량)는 화학 편람(CRC Handbook) 값
해 볼 것 · 온도와 녹인 양을 움직여 점이 곡선 아래(불포화) · 위(결정이 생김)에 있을 때를 비교해 보세요. 80 °C 에서 질산 칼륨 100 g 을 녹인 뒤 ‘20 °C 까지 식히기’를 눌러 생기는 결정의 양을 확인해요.
용해와 재결정 3D
자료 · 계산 녹을 수 있는 양은 화학 편람의 실제 용해도(물 100 g 기준). 입자 하나 = 용질 2 g, 물 입자는 움직임을 보이려는 그림
해 볼 것 · 온도를 낮춰 보세요. 녹아 있던 입자(색 공)가 넘치는 만큼 바닥에 모여 결정이 돼요. 질산 칼륨과 염화 나트륨을 바꿔 가며, 식힐 때 생기는 결정의 양이 왜 다른지 아래 곡선과 함께 봐요.
용해도가 온도에 따라 크게 변하는 물질은, 높은 온도에서 많이 녹였다가 식히면 녹아 있을 수 없는 만큼이 결정으로 나와요. 이렇게 순수한 고체를 다시 얻는 방법을 재결정이라고 해요.
기체도 물에 녹아요. 기체의 용해도는 고체와 달리 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 커요. 탄산음료는 높은 압력으로 이산화 탄소를 녹여 만들기 때문에 마개를 열면 압력이 낮아져 거품이 나오고, 따뜻한 곳에 두면 김이 더 빨리 빠져요. 여름에 물이 따뜻해지면 물에 녹아 있는 산소가 줄어 물고기가 물 위로 올라와 숨을 쉬기도 해요.
20 °C 에서 염화 나트륨의 용해도는 36 g 이에요. 20 °C 물 50 g 에는 염화 나트륨이 최대 몇 g 녹을까요? 이때 용해도는 몇 g 일까요?
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물 100 g 에 36 g 이 녹으므로 물 50 g 에는 그 반인 18 g 이 녹아요. 용해도는 물 100 g 을 기준으로 한 값이라 물의 양과 관계없이 그대로 36 g 이에요.
60 °C 물 100 g 에 질산 칼륨 80 g 을 녹인 뒤 20 °C 로 식혔어요. 용해도 곡선으로 생기는 결정의 양을 구하세요.
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60 °C 의 용해도(110 g)보다 적게 녹였으므로 처음에는 모두 녹아요. 20 °C 의 용해도는 31.6 g 이므로 , 48.4 g 의 결정이 생겨요.
녹는점 · 끓는점과 순물질 · 혼합물
이 개념 문제 8개 풀기 →앞에서
중학에서 — 이 단원
고체가 녹아 액체가 되는 온도를 녹는점, 액체가 얼어 고체가 되는 온도를 어는점이라고 하고, 순물질은 녹는점과 어는점이 같아요. 액체가 끓어 기체가 되는 온도는 끓는점이에요.
고체를 일정한 세기로 가열하며 온도를 재면, 녹는 동안과 끓는 동안에는 열을 계속 받아도 온도가 변하지 않아요. 받은 열이 입자 사이의 끌어당기는 힘을 이기고 상태를 바꾸는 데 쓰이기 때문이에요. 양이 많으면 녹거나 끓는 데 오래 걸릴 뿐, 녹는점 · 끓는점은 같아요. 그래서 녹는점과 끓는점은 물질의 특성이에요.
가열 곡선
자료 · 계산 일정한 세기로 가열할 때의 시간-온도 모형 — 녹는점 · 끓는점과 녹는 데 · 끓는 데 드는 열은 화학 편람 값(소금물은 끓는 동안 물이 날아가 진해지는 모형)
해 볼 것 · ▶ 를 눌러 얼음을 가열하며 그래프를 그려 보세요. 평평한 곳이 녹는점과 끓는점이에요. 양을 20 g 으로 바꾸거나 팔미트산 · 소금물로 바꿔 비교해 봐요.
| 물질 | 녹는점 (°C) | 끓는점 (°C) |
|---|---|---|
| 산소 | -218 | -183 |
| 에탄올 | -114 | 78 |
| 수은 | -39 | 357 |
| 물 | 0 | 100 |
| 팔미트산 | 63 | 351 |
| 나프탈렌 | 80 | 218 |
| 철 | 1538 | 2862 |
끓는점은 바깥의 압력에 따라 달라져요. 높은 산 위처럼 기압이 낮은 곳에서는 물이 100 °C 보다 낮은 온도에서 끓어 밥이 설익고, 압력솥 안처럼 압력이 높으면 물이 100 °C 보다 높은 온도에서 끓어 음식이 빨리 익어요.
한 가지 물질로만 이루어진 물질을 순물질(물 · 산소 · 금 · 에탄올), 두 가지 이상의 순물질이 섞인 것을 혼합물(공기 · 바닷물 · 우유 · 탄산음료)이라고 해요. 순물질은 밀도 · 녹는점 · 끓는점이 일정하지만, 혼합물은 섞인 비율에 따라 달라지고 끓는 동안에도 온도가 조금씩 변해요. 바닷물이 0 °C 보다 낮은 온도에서 얼고, 겨울에 눈 위에 염화 칼슘을 뿌리면 눈이 녹는 것도 혼합물의 어는점이 순수한 물보다 낮기 때문이에요.
녹는점이 63 °C 인 고체 10 g 과, 같은 조건에서 녹는점이 63 °C 인 고체 25 g 이 있어요. 두 고체는 같은 물질일 가능성이 클까요? 까닭을 쓰세요.
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같은 물질일 가능성이 커요. 녹는점은 물질의 양과 관계없는 물질의 특성이라, 질량이 달라도 녹는점이 같다면 같은 물질일 수 있어요. 끓는점 · 밀도 같은 다른 특성도 같은지 확인하면 더 확실해요.
공기, 증류수, 바닷물, 금, 우유, 산소를 순물질과 혼합물로 나누세요.
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- 순물질: 증류수 · 금 · 산소
- 혼합물: 공기(질소 · 산소 등) · 바닷물(물 · 소금 등) · 우유
혼합물의 분리
이 개념 문제 6개 풀기 →앞에서
중학에서 — 이 단원
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더 높은 층은 준비 중
혼합물은 섞여 있는 물질의 특성 차이를 이용해 분리해요.
- 끓는점 차 — 증류: 액체 혼합물을 가열하면 끓는점이 낮은 물질이 먼저 기체가 되어 나오고, 이것을 식혀 다시 액체로 모아요. 탁주를 증류해 소주를 만들고, 원유를 분별 증류해 석유 가스 · 휘발유 · 등유 · 경유 · 중유로 나눠요.
- 밀도 차: 섞이지 않는 액체는 분별 깔때기로 아래층부터 받아 나눠요(물과 식용유). 소금물에 볍씨를 넣으면 알찬 볍씨는 가라앉고 쭉정이는 떠요. 재활용할 때 물에 뜨는 플라스틱과 가라앉는 플라스틱을 나누기도 해요.
- 용해도 차 — 재결정: 질산 칼륨에 염화 나트륨이 조금 섞여 있으면, 뜨거운 물에 녹였다가 식혀 질산 칼륨만 결정으로 얻어요. 양이 적은 염화 나트륨은 녹은 채로 남아요.
혼합물의 분리
자료 · 계산 물과 에탄올 혼합물의 증류 곡선(끓는점 78 °C · 100 °C), 원유 성분의 끓는점 범위는 교과서에 흔히 쓰는 값
해 볼 것 · 물과 에탄올 혼합물을 가열하며 온도와 모이는 시험관을 보세요. 분별 깔때기에서 꼭지를 열어 아래층을 받아 보고, 원유 분별 증류탑에서 성분마다 끓는점과 쓰임을 확인해요.
다음 혼합물을 나누는 방법과 이용하는 물질의 특성을 쓰세요. ① 물과 식용유 ② 물과 에탄올 ③ 질산 칼륨에 섞인 적은 양의 염화 나트륨
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① 분별 깔때기 — 밀도 차 ② 증류 — 끓는점 차 ③ 재결정 — 용해도 차(온도에 따른 용해도 변화의 차이)
원유의 분별 증류탑에서 위쪽에서 나오는 성분과 아래쪽에서 나오는 성분은 끓는점이 어떻게 다를까요? 까닭도 쓰세요.
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위쪽일수록 끓는점이 낮은 성분(석유 가스 · 휘발유), 아래쪽일수록 끓는점이 높은 성분(경유 · 중유)이 나와요. 탑 아래에서 가열된 증기가 올라가며 식는데, 끓는점이 높은 물질은 조금만 식어도 아래쪽에서 액체가 되고, 끓는점이 낮은 물질은 더 높이 올라가 식어야 액체가 되기 때문이에요.
물질의 특성으로 물질을 구별할 수 있는 까닭은?
탄산음료의 마개를 열었을 때 거품이 생기는 까닭은?
- 무거운 물체는 가라앉는다? — 뜨고 가라앉는 것은 질량이 아니라 밀도로 정해져요.
- 물체를 자르면 밀도도 작아진다? — 질량과 부피가 함께 줄어 밀도는 그대로예요.
- 물을 더 넣으면 용해도가 커진다? — 용해도는 물 100 g 기준이라 물의 양과 관계없어요. 녹는 양만 많아져요.
- 물을 계속 가열하면 끓는 동안에도 온도가 올라간다? — 순물질은 끓는 동안 온도가 일정해요.
- 양이 많으면 끓는점이 높아진다? — 끓는 데 걸리는 시간만 길어져요.
- 투명하면 순물질이다? — 설탕물 · 소금물 · 공기처럼 투명한 혼합물도 많아요.
한 장 요약
한 장 요약
- 물질의 특성: 양과 관계없이 물질마다 일정한 성질(밀도 · 용해도 · 녹는점 · 끓는점). 밀도 = 질량 ÷ 부피(g/cm³). 밀도가 작은 것이 위로 — 물체는 자기보다 밀도가 큰 액체에 떠요.
- 용해도: 어떤 온도에서 용매 100 g 에 최대로 녹는 용질의 g 수. 포화 · 불포화 용액. 고체는 대개 온도가 높을수록 잘 녹고, 기체는 온도가 낮고 압력이 높을수록 잘 녹아요. 식힐 때 결정 = 녹인 양 − 식힌 온도의 용해도(재결정).
- 녹는점(= 어는점) · 끓는점: 순물질은 녹는 · 끓는 동안 온도가 일정하고 양과 관계없어요. 끓는점은 압력이 낮으면 낮아져요. 순물질은 특성이 일정, 혼합물은 섞인 비율에 따라 달라요.
- 분리: 끓는점 차 — 증류 · 원유의 분별 증류, 밀도 차 — 분별 깔때기 · 볍씨 고르기, 용해도 차 — 재결정.
교육과정 · 2022 개정 중학교 과학 · 2학년 · 물질의 특성 · [9과08-01]~[9과08-03] · 크로마토그래피는 다루지 않아요.
Practice
문제 풀기 30문제
다음 가운데 물질의 특성이 아닌 것은?
질량이 27 g, 부피가 10 cm³ 인 물체의 밀도는 몇 g/cm³ 일까요?
답g/cm³어떤 온도에서 용매 100 g 에 최대로 녹을 수 있는 용질의 질량(g)을 무엇이라고 할까요?
순수한 물이 끓는 동안의 온도는 어떻게 될까요?
끓는점의 차이를 이용해 액체 혼합물을 분리하는 방법은?
원유에서 석유 가스 · 휘발유 · 등유 · 경유를 나누어 얻는 방법은?
밀도가 0.92 g/cm³ 인 얼음을 물(1.00 g/cm³)에 넣으면 어떻게 될까요?
질량이 54 g, 부피가 20 cm³ 인 금속 조각이 있어요. 표를 보고 이 금속을 고르세요.
금속 밀도 (g/cm³) 알루미늄 2.7 철 7.87 구리 8.96 금 19.3 그림은 서로 섞이지 않는 세 액체 A ~ C 가 층을 이룬 모습이에요. 세 액체의 밀도를 바르게 비교한 것은?
20 °C 에서 염화 나트륨의 용해도는 36 g 이에요. 20 °C 물 50 g 에는 염화 나트륨이 최대 몇 g 녹을까요?
답g그림은 세 물질의 용해도 곡선이에요. 60 °C 에서 용해도가 가장 큰 물질은?
- 질산 칼륨
- 염화 나트륨
- 붕산
탄산음료를 따뜻한 곳에 두면 김이 더 빨리 빠지는 까닭으로 옳은 것은?
표를 보고, 실온(25 °C)에서 액체인 물질을 고르세요.
물질 녹는점 (°C) 끓는점 (°C) 에탄올 -114 78 나프탈렌 80 218 산소 -218 -183 팔미트산 63 351 높은 산 위에서 밥을 지으면 설익는 까닭으로 옳은 것은?
다음 가운데 혼합물을 모두 고르세요.
물과 식용유의 혼합물을 분리하는 방법과 이용하는 성질을 바르게 짝 지은 것은?
그래프는 고체 A ~ C 의 질량과 부피예요. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (ㄱ. 밀도는 A > B > C 이다. ㄴ. C 는 물에 뜬다. ㄷ. B 를 반으로 자르면 밀도도 반이 된다.)
밀도가 2.7 g/cm³ 인 알루미늄 조각의 질량이 81 g 이에요. 이 조각의 부피는 몇 cm³ 일까요?
답cm³80 °C 물 100 g 에 질산 칼륨 100 g 을 모두 녹인 뒤 20 °C 로 식혔어요. 위의 용해도 곡선으로, 이때 생기는 결정은 몇 g 일까요? (20 °C 에서 질산 칼륨의 용해도는 31.6 g)
- 질산 칼륨
- 염화 나트륨
- 붕산
답g40 °C 물 100 g 에 질산 칼륨 50 g 을 녹인 용액에 대한 설명으로 옳은 것은? (40 °C 에서 질산 칼륨의 용해도는 63.9 g)
그래프는 얼음을 일정한 세기로 가열할 때의 온도 변화예요. 구간 (라)에서 물질의 상태로 옳은 것은?
표는 물질 A ~ D 의 질량과 녹는점 · 끓는점이에요. A 와 같은 물질일 가능성이 가장 큰 것은?
물질 질량 (g) 녹는점 (°C) 끓는점 (°C) A 10 63 351 B 10 0 100 C 25 63 351 D 40 -114 78 그래프는 물과 에탄올 혼합물을 가열할 때 나오는 기체의 온도예요. 구간 A 에서 주로 끓어 나오는 물질과 그 까닭으로 옳은 것은?
질산 칼륨 100 g 에 염화 나트륨 5 g 이 섞인 것을 80 °C 물 100 g 에 모두 녹인 뒤 20 °C 로 식혔어요. 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (20 °C 에서 용해도는 질산 칼륨 31.6 g, 염화 나트륨 36 g 이고, 두 물질은 서로의 용해도에 영향을 주지 않는다고 한다.) (ㄱ. 질산 칼륨 결정이 68.4 g 생긴다. ㄴ. 염화 나트륨은 결정으로 나오지 않는다. ㄷ. 생긴 결정을 거르면 순수한 질산 칼륨을 얻을 수 있다.)
왕관을 부수지 않고 순금으로 만들었는지 확인하는 방법을 밀도를 이용해 쓰세요. (금의 밀도는 19.3 g/cm³)
60 °C 물 200 g 에 질산 칼륨을 최대로 녹인 포화 용액을 20 °C 로 식히면 결정은 몇 g 생길까요? (질산 칼륨의 용해도는 60 °C 에서 110 g, 20 °C 에서 31.6 g)
답g바닷물은 0 °C 보다 낮은 온도에서 얼어요. 그 까닭을 순물질과 혼합물의 특징으로 설명하고, 같은 원리를 이용하는 예를 하나 쓰세요.
원유의 분별 증류탑에서 끓는점이 가장 낮은 성분이 나오는 곳과 그 성분을 바르게 짝 지은 것은?
그림은 세 물질의 용해도 곡선이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (ㄱ. 20 °C 에서 용해도는 염화 나트륨이 질산 칼륨보다 크다. ㄴ. 온도에 따른 용해도 변화가 가장 작은 물질은 염화 나트륨이다. ㄷ. 60 °C 물 100 g 에 붕산은 20 g 까지 녹는다.)
- 질산 칼륨
- 염화 나트륨
- 붕산
그래프는 같은 세기로 가열한 액체 A 와 B 의 온도 변화이다. 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (ㄱ. A 는 순물질이다. ㄴ. B 는 끓는 동안 온도가 일정하다. ㄷ. A 의 양을 두 배로 하면 A 의 끓는점이 높아진다.)
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