우선, 이렇게 여쭈어 볼곳이 있어 무척 감사합니다.
저는 화학공학과는 전혀 상관이 없고 커피 머신을 사용하면서 커피 보일러에 관심을 가지게 되면서 몇가지 의문이 생겨 이렇게 문의드리게 되었습니다. 찾아보고 공부할수록 재미있기도 하지만, 화학이라는게 정말 어렵더라구요...
저의 의문은 아래와 같습니다.
1)
우선, 보일러 내부에 스케일이 쌓일때, 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분인것으로 알고 있습니다. 그러면 MgCO3로는 스케일이
형성되지 않는지 궁금합니다 찾아보니 마그네숨의 경우에는 Mg(OH)2로 그것도 pH가 높을때 생성된다고 되어있었습니다. 이유가
궁금합니다. 같은 2가 양이온 알칼리 금속인데... 게다가 Ca(OH)2는 정말 강알칼리이더군요. Mg(OH)2와는 비교가
안되더라구요.
2)두번째는, 탄산칼슘(CaCO3) 스케일 자체에 대해서도 궁금합니다. CO3-(탄산염)은 pH가 7근처이면 아예 존재하지 않는걸로 알고 있습니다.
왜냐하면
H2CO3 -> HCO3- + H+ 의 pKa 값이 6.4
HCO3 - -> CO3 2- + H+ 의 pKa 값이 10.2 이니까요.
수도물의 경우 pH는 7 근처라서, 수도물을 카본필터만 이용해서 사용하는 저의 경우는 수도물에 CO3- 가 없다시피해야되고 따라서 CaCO3 탄산칼슘 스케일 생성이 힙듭니다. 그런데도 보일러내부에 탄산칼슘 스케일이 생성되더라구요.
3)세번째는, 두번째 질문의 연장선입니다. 그래서 pH가 7 근처이면 CO3- 가 없어야 하는데 왜 있는지 계속 찾아보니 열분해가 있더라구요. 무척 흥미로왔습니다
열이 가해지면
2HCO3- -> CO3 2- + CO2 + H2O 로
CO3-(중탄산염)이 열분해되어서 CO3 2- 가 생성되어 탄산칼슘 스케일이 생성되더라구요.
Ca + CP3 2- -> CaCO3
한편, 이 CO3 2-(탄산염)은 다시 열을 받으면, 열분해(?)되어
CO3 2- - + H2O -> HCO3 - + OH- 가 되어 OH-(하이드록시 이온)이 생성된다고 하였습니다.
이때 생긴 OH-는 Mg와 반응해서
Mg 2+ + 2OH- -> Mg(OH)2로 된다고 되어있었습니다
여기서
궁금한게, 보일러의 경우 순수한 물이 수증기로 빠져나면서 물이 농축되어 pH가 높아지는것으로 알고 있는데, 이 CO3 2- - +
H2O -> HCO3 - + OH- 의 반응을 생긴 OH-가 pH가 높아지는데, 알칼리화되는데 어느정도 기여하는지
궁금합니다. 그리고 이 화학식에 따르면 Mg(OH)2 스케일도 생겨야 합니다. 그러면 위에서 언급한 탄산칼슘 스케일이 주된더라라는
것과 맞지않습니다. 왜 그런지 궁금합니다.
4)
앞에서 언급한것처럼 수도물의 pH는 7근처라서 CO3 - 가 거의 없습니다. 그래서 HCO3-가 열분해되어서 CO3- 가 생기고
여기에 Ca 이 결합하여 탄산칼슘 스케일이 생기는것이 주된것이라면, 수도물이 지나가는 배관에는 스케일일 없어야 합니다. 그런데
실제로 가정에서 저희집에서보면 배관에 스케일이 생겨셔 막히는 경우가 왕왕 있습니다. 이는 왜 그런지 궁금합니다.
왜 그런지 고견을 주시면 정말 감사하겠습니다.
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