용해와 용액, 설탕물로 이해하기

여러분, 물이 담긴 컵에 설탕을 한 숟가락 넣고 저어 본 적 있나요? 조금 지나면 설탕 알갱이가 눈앞에서 스르륵 사라져 버려요. 그런데 설탕은 정말로 없어진 걸까요, 아니면 어딘가에 숨어 있는 걸까요?

개념/원리

먼저 중요한 낱말 네 개를 차근차근 익혀 볼게요.

• 용해: 어떤 물질이 다른 물질에 녹아 골고루 섞이는 현상이에요. 설탕이 물에 녹아 섞이는 일이 바로 용해예요.
• 용액: 용해가 일어나서 골고루 섞인 물질이에요. 설탕물, 소금물이 용액이에요.
• 용질: 녹는 물질이에요. 설탕물에서는 설탕, 소금물에서는 소금이 용질이에요.
• 용매: 녹이는 물질이에요. 설탕이나 소금을 녹여 주는 물이 용매예요.

용액에는 재미있는 특징이 있어요. 시간이 한참 지나도 알갱이가 가라앉거나 위로 뜨지 않아요. 거름종이로 걸러도 걸러지는 게 없고요. 또 컵의 위쪽을 맛보든 아래쪽을 맛보든, 어느 부분을 재어 보든 진하기가 골고루 똑같아요. 이렇게 온 사방이 고르게 섞여 있는 것이 용액이랍니다.

그럼 처음 궁금증으로 돌아가 볼까요? 설탕은 정말 없어진 걸까요? 그렇지 않아요. 용해가 되어도 용질은 없어지지 않아요. 설탕은 우리 눈에 안 보일 만큼 아주 작게 나뉘어 물속에 골고루 퍼진 것일 뿐이에요. 그래서 무게를 재 보면 그대로 남아 있어요. 이것을 식으로 나타내면 이래요.

(용액의 무게) = (용매의 무게) + (용질의 무게)

예를 들어 물 100g에 설탕 10g을 녹이면, 설탕물의 무게는 110g이 돼요. 설탕이 사라진 게 아니라 물속에 숨어 있으니, 물의 무게와 설탕의 무게를 그대로 더한 만큼이 되는 거예요. (이 예는 무게가 보존된다는 것을 설명하는 것일 뿐이고, 이만큼의 설탕이 실제로 다 녹는지와는 별개예요.)

예시로 익히기

이제 우리 주변의 물들을 살펴보며 용액인 것과 아닌 것을 구분해 볼게요.

용액인 것은 이런 것들이에요.

• 설탕물, 소금물, 이온 음료, 식초, 구연산을 녹인 물

이런 것들은 골고루 섞여서 투명하거나 맑아 보이고, 가만히 두어도 가라앉는 알갱이가 없어요.

용액이 아닌 것(용해되지 않은 것)은 이런 것들이에요.

• 흙탕물, 미숫가루를 탄 물, 물에 뜬 기름

이런 것들은 뿌옇거나 알갱이가 눈에 보여요. 가만히 두면 흙이나 미숫가루는 바닥에 가라앉고, 기름은 위로 떠요. 골고루 섞이지 않았기 때문이에요.

무게 보존도 다시 한번 연습해 볼까요? 물 100g에 소금 5g을 완전히 녹이면 소금물은 105g이 돼요. 앞에서 본 설탕물 110g과 똑같은 원리랍니다. 녹은 물질은 사라지지 않으니 무게를 그대로 더하면 되는 거예요.

그리고 궁금한 게 하나 더 있죠. 더 빨리, 더 많이 녹이려면 어떻게 할까요? 일반적으로 대부분의 고체 용질은 물의 온도가 높을수록, 그리고 물의 양이 많을수록 더 많이 녹아요. 또 알갱이를 가루로 잘게 부수거나 잘 저어 주면 더 빨리 녹아요. 이건 대체로 그런 경향이 있다는 이야기예요. "몇 도에서 몇 g이 녹는다" 같은 정확한 숫자는 물질마다 다르니, 직접 실험으로 확인해 보는 게 가장 좋아요.

흔한 실수

친구들이 자주 헷갈리는 세 가지를 짚어 볼게요.

• "설탕이 녹아서 없어졌다"고 생각하기: 설탕은 없어진 게 아니에요. 아주 작게 나뉘어 물에 골고루 퍼진 것뿐이라서, 무게는 그대로 남아 있어요.
• 용질·용매·용액을 헷갈리기: 설탕물에서는 용질=설탕, 용매=물, 용액=설탕물이에요. '녹는 것 / 녹이는 것 / 섞인 것'으로 나누어 기억하면 쉬워요.
• 흙탕물·미숫가루 물도 용액이라고 생각하기: 이런 것들은 골고루 섞이지 않고 가라앉아요. 그래서 용액이 아니에요. 용해가 일어난 게 아니거든요.

마무리

오늘은 설탕물을 통해 용해와 용액, 그리고 용질과 용매를 배웠어요. 이제 여러분은 설탕이 물에 녹아도 사라지지 않는다는 비밀을 알게 되었죠. 주변에서 여러 가지 물을 만나면 '이건 골고루 섞였을까, 용액일까?' 하고 궁금해하는 여러분이 바로 멋진 과학자랍니다.