게시판 > 질답게시판 > 상수도 석출관련 질문

스테파노 Stefano

16-01-28 10:09

(A1) Ca혹은 Mg의 Calcium염들, 즉 CaCO3, MgCO3는 물에 거의 녹지 않아 낮은 용해도를 가지는 물질인데 일반적인 다른 염들(이들 대부분의 용해도는 온도증가에 따라 증가)과는 달리 온도증가에 따라 용해도가 떨어지는 "특이한" 특성을 가지고 있어서 온도를 올렸을 때 용해도를 초과하는 염분은 석출됩니다. .

석출되는 물질은 CaO나 MgO가 아니고 CaCO3, MgCO3형태입니다. Ca++ 와 CO3-- 이온형태로 물에 녹아있던 이들 물질이 용해되지 않은 고체형태로 석출되는 것이지요

CaO, MgO는 석출된 CaCO3나 MgCO3 고체를 고온으로 소성했을 때 CO2를 방출하면서 생성되는 물질입니다.
CaCO3--->CaO + CO2, MgCO3-->MgO+CO2

(A2) 생성되는 물질은 CaCO3만이 아니고 CaSO4 등일 수도 있으므로 생성되는 물질의 정성분석을 해보아야 정확히 판단할 수 있습니다. Ca이나 Mg의 황산염들은 용해도가 낮아 함께 석출될 수 있으나 염산염들은 용해도가 아주커서 잘 석출되지 않습니다.

탄산염보다는 황산염이나 염산염의 결합이 더 센데 아래 반응들이 일어나는 것으로 확인할 수 있습니다.
CaCO3 + H2SO4 --> CaSO4 + CO2↑+ H2O , CaCO3 + 2HCl --> CaCl2 + CO2 + H2O

(A3) 냉동실의 얼음..

내동실의 얼음이 시간경과에 따라 성질이 달라진 것은 아마 얼음이 "승화"되면서 물이 증발되었기 때문일 것입니다. 얼음을 밀봉된 그릇에 담은 채로 둔것을 비교한다면 증발된 물이 거의 없거나 같을 것이므로 차이가 없을 것으로 봅니다. (결국 시료의 차이효과로 보입니다.) 오래 보관도중 먼지가 오염되어 시료중에 포함되어 있을 수도 있지 않을까요?

얼음에 탄산가스가 용해된다고 해도 표면에서만 일어나는 현상일 것이므로 탄산가스 효과라고 보는 것도 잘못된 인식일 것입니다.

(A4) 시료에 NaOCl을 넣으면 가열시 NaCl로 변하고 산소가 발생되어 제거될 것이므로 NaCl 넣은 것과 동일한 효과를 나타낼 것으로 봅니다. Na+ Cl- 모두 Ca++나 CO2-- 이온과는 다르기 때문에 "공통이온" 효과는 나타내지 않을 것으로 추정합니다. 따라서 탄산염이 아닌 물질은 넣어도 소용없을 것으로 봅니다.

수돗물을 끓이거나 얼리거나 함으로써 물의 일부가 증발하여 제거되면 용해도를 초과하는 부분의 염분은 석출되기 마련입니다. (강물을 보일러용수로 사용할 때 보일러튜브 표면에 이들 물질이 석출되는 것을 방지하기 위하여 이온교환수지를 사용하여 Ca, Mg 성분들을 제거하는 이유가 바로 Scale 석출을 방지하기 위해서이지요.)

(A1) Ca혹은 Mg의 Calcium염들, 즉 CaCO3, MgCO3는 물에 거의 녹지 않아 낮은 용해도를 가지는 물질인데 일반적인 다른 염들(이들 대부분의 용해도는 온도증가에 따라 증가)과는 달리 온도증가에 따라 용해도가 떨어지는 "특이한" 특성을 가지고 있어서 온도를 올렸을 때 용해도를 초과하는 염분은 석출됩니다. .

석출되는 물질은 CaO나 MgO가 아니고 CaCO3, MgCO3형태입니다.  Ca++ 와 CO3-- 이온형태로 물에 녹아있던 이들 물질이 용해되지 않은 고체형태로 석출되는 것이지요

CaO, MgO는 석출된 CaCO3나 MgCO3 고체를 고온으로 소성했을 때 CO2를 방출하면서 생성되는 물질입니다.  
CaCO3--->CaO + CO2,    MgCO3-->MgO+CO2

(A2) 생성되는 물질은 CaCO3만이 아니고 CaSO4 등일 수도 있으므로 생성되는 물질의 정성분석을 해보아야 정확히 판단할 수 있습니다.  Ca이나 Mg의 황산염들은 용해도가 낮아 함께 석출될 수 있으나 염산염들은 용해도가 아주커서 잘 석출되지 않습니다.

탄산염보다는 황산염이나 염산염의 결합이 더 센데 아래 반응들이 일어나는 것으로 확인할 수 있습니다.
CaCO3 + H2SO4 --> CaSO4 + CO2↑+ H2O ,   CaCO3 + 2HCl --> CaCl2 + CO2 + H2O

(A3) 냉동실의 얼음..

내동실의 얼음이 시간경과에 따라 성질이 달라진 것은 아마 얼음이 "승화"되면서 물이 증발되었기 때문일 것입니다.  얼음을 밀봉된 그릇에 담은 채로 둔것을 비교한다면 증발된 물이 거의 없거나 같을 것이므로 차이가 없을 것으로 봅니다.  (결국 시료의 차이효과로 보입니다.)  오래 보관도중 먼지가 오염되어 시료중에 포함되어 있을 수도 있지 않을까요?

얼음에 탄산가스가 용해된다고 해도 표면에서만 일어나는 현상일 것이므로 탄산가스 효과라고 보는 것도 잘못된 인식일 것입니다.

(A4) 시료에 NaOCl을 넣으면 가열시 NaCl로 변하고 산소가 발생되어 제거될 것이므로 NaCl 넣은 것과 동일한 효과를 나타낼 것으로 봅니다.   Na+ Cl- 모두  Ca++나 CO2-- 이온과는 다르기 때문에 "공통이온" 효과는 나타내지 않을 것으로 추정합니다.  따라서 탄산염이 아닌 물질은 넣어도 소용없을 것으로 봅니다.

수돗물을 끓이거나 얼리거나 함으로써 물의 일부가 증발하여 제거되면 용해도를 초과하는 부분의 염분은 석출되기 마련입니다.  (강물을 보일러용수로  사용할 때 보일러튜브 표면에 이들 물질이 석출되는 것을 방지하기 위하여 이온교환수지를 사용하여  Ca, Mg 성분들을 제거하는 이유가 바로 Scale 석출을 방지하기 위해서이지요.)

bs3751

16-01-28 16:07

답변 감사드립니다.

답변을 읽다가 또 궁금한것이 생겼습니다
CaCO3등의 석출물이 온도가 높아지면 용해도가 감소되는 특별한 성질을 가진다고 하셔서 그부분이 궁금한데요

상온에서는 석출되지 않았다가 끓이면 석출이 되는것은
상온에서 Ca2+와 HCO3-로 물속에 이온화 상태로 존재하다가
끓이면 이온으로 존재 하지 못하고 결합해 석출해 버리는 것인데
그 후에 다시 상온으로 온도가 내려간 후에 다시 용해 되지 않는건
한번 석출된 CaCO3는 물에서 용해도가 낮아서 그렇다라고 말할 수 밖에 없나요?
뭔가 역으로는 일어나지 않는 것 같아서요 (ㅠㅠ;)

bs3751

16-01-28 16:59

그리고 한가지 더..
아주 빨리 얼린 얼음(1시간)과 천천히 얼린 얼음(1일)의 석출물을 보니
아주 빨리 얼린얼음의 석출이 많이 없었는데요 이건 무슨 영향인지 혹시 아실까요?

스테파노 Stefano

16-01-29 10:23

(1) 일반적인 염의 경우에는 온도가 높아지면 용해도도 함께 올라가지요. CaCO3와 같은 물질은 온도에 따라 용해도가 올라가다가 어느 온도 이상에서는 오히려 용해도가 감소하는 특이한 성질을 가지고 있습니다.

(2) 물에 용해되어 있을 경우에는 양이온 음이온 상태로 존재하다가 용해도를 초과하는 이온들은 양이온과 음이온이 결합하여 고체물질로 석출됩니다.

(3) 한번 고체로 석출되면 온도가 다시 떨어졌는데도 석출된 결정의 상태와 성질에 따라 잘 용해되지 않는 경우가 많습니다. 시간이 오래 소요될 수도 있습니다. 용해도가 낮아서 쉽게 평형농도에 도달하지 못하기 때문입니다. 역방향으로 일어나지는 않습니다.

그러나 실제 물질의 용해도를 측정해보면 온도를 올려가면서 측정한 용해도와 온도를 내려가면서 측정한 용해도가 서로 다른 경우가 대부분입니다. 이를 용해도의 "Hysterisis (변덕스러움)"라고 하는데 이는 짧은 시간에 일어나는 현상이지 용해도 절대값이 차이가 나서 일어나는 현상은 아닙니다. 용해도는 충분히 오랜시간동안 평형에 도달해 있을 때의 값이라야 정확히 맞는 값이 됩니다.

(4) 추가로..
용해도가 아주 낮은 CaCO3와 같은 경우에는 물의 pH에 따라 용해도가 "Dramatic(기가찰 정도로)"하게 달라질 수 있습니다. 또한 물의 pH는 대기중에서 녹아들어간 CO2에 의한 영향도 큽니다. 실험도중 온도변화에 따라 용해되어있던 CO2의 영향이 pH를 낮추고 그에 따라 용해도가 크게 달라져 있을 수도 있습니다.

CaCO3가 용해되어 있던 CO3--는 가열해서 CO2로 날라가는 일은 일어나지 않습니다. 앞선 답글에서 설명했듯이 물을 모두 날려버리고 남는 결정을 수백도(CaCO3의 분해온도)로 가열하지 않으면 CO2로는 달아나지 않습니다.