혼합과 화합의 차이

 

 

 

 

 

안녕하세요 유쾌발랄 화통이입니다. 여러분도 소프트 아이스크림 주문하실 때 어떤 맛을 먹을까 고민 해보신적 있으시죠?

보통 초코맛과 바닐라맛 그리고 혼합 이렇게 주문하실텐데요. 화통이는 두 가지 맛을 모두 먹어보고 싶어서 혼합이요! 라고 매번 말합니다.

화학에서는 화합물이라는 말을 많이 사용하는데, 그럼 혼합과 화합은 어떻게 다른 것일까요? 지금부터 같이 알아보아요.

 

 

 

'혼합'이란

 

국어사전에서 '혼합'은 뒤섞여서 한데 합하는 것을 의미하는데 화학에서는 화학적인 결합이 없이 섞이는 현상을 의미합니다.

간식이나 영양제 뒤에 보시면 설명에 혼합물질ooo, 혼합 비타민 성분 이런 단어를 보실 수 있는데요.

혼합의 가장 큰 특징은 혼합물의 구성성분이 각자의 성질을 잃지 않고 모두 드러난다는 점입니다. 또한 혼합물은 다시 원상태로 분류가 가능해야 하는데요. 예를 들어 소금물을 보시면 물과 소금(염화나트륨 NaCl)이 섞인 상태로 소금의 짠맛을 그대로 유지하며, 물을 증발시키면 소금을 그대로 얻을 수 있기 때문에 혼합물에 해당합니다.

학교에서 가장 많이 하는 실험 중에 하나가 황가루와 철가루를 이용한 혼합물 실험인데요. 두 가루를 섞여 분류가 어려워 보이지만 자성에 반응한다는 철가루의 본래 성질이 남아있기 때문에, 자석을 사용하면 쉽게 분리할 수 있습니다.

 

 

(왼쪽 사진: 황가루, 오른쪽 사진: 철가루)

 

 

'화합'이란?

 

화학에서 화합은 둘 또는 그 이상의 화학종이 결합하여 본래의 성질을 잃어버리고 새로운 화학종이 됨을 의미합니다. 또한 화합물은 물리적인 방법으로 분리할 수 없다는 것이 큰 특징입니다. 가장 간단한 예로 수소와 산소가 만나서 물이 될 때 두 기체는 원래의 성격과 전혀 다른 물질이 됩니다. 불과 반응하는 수소와 산소는 물이 형성되면서 원래의 성질을 잃어버리게 됩니다. 물을 끓이거나 얼려도 수소와 산소를 얻지 못하죠.

그렇다면 물에서 다시 수소나 산소로 전환하려면 어떻게 해야 할까요? 전기적으로 분해하는 방법을 이용해야 합니다. 전기적 충격으로 산소와 수소의 결합을 끊어 화학적인 방법으로 수소나 산소를 얻을 수 있습니다.

 

 

 

 

음식을 구별하는 냄새 속 화합물

 

우리가 어떤 음식을 알아차리고 먹고 싶다는 생각을 하는 것도 음식의 냄새 때문인데요. 이것은 휘발성 유기 화학물질 때문입니다. 우리의 코는 화합물을 탐지할 수 있도록 끊임없이 발달해왔습니다. 고기가 썩어서 발생하는 카다베린이나 푸트라신 성분에 의한 불쾌한 냄새는 매우 낮은 농도일지라도 바로 감지할 수 있죠.

 

그렇다면 향기가 좋은 커피를 예로 들어볼까요?

같은 원두라도 다른 향과 맛을 지닐 수 있습니다. 바로 커피콩을 로스팅하는 과정 때문인데요.

커피콩이 로스팅되는 동안 커피콩의 껍질에서 반응을 통해 800여개의 화합물이 생성되는데 눈에 보이지 않는 작은 화합물들이 모두 모여 저마다 다른 향의 커피가 만들어집니다.

 

음식의 냄새에 있는 화합물을 이용한 기술도 많이 늘어나고 있는데요.

최근에는 커피를 로스팅할 때나는 맛있는 향의 화합물 '멜라노이딘'을 항암치료에 적용하는 기술이 우리나라 연구진에 의해 보고되기도 했었죠. 뿐만 아니라 미국에서는 음식의 냄새로 신선도를 판단할 수 있는 무선 칩에 대한 연구도 진행되고 있다고 합니다. 1개의 칩으로 에틸렌을 비롯한 다른 가스들을 검출해 구매자들이 썩고 있는 음식, 오래된 음식의 정도를 판단하여 구매할 수 있게 하려고 개발을 시작하였다고 하네요. 참 신기하지 않나요?

 

 

우리가 잘모르고 있었던 혼합과 화합의 차이는 화학이라는 분야에서는 상당히 다른 의미를 지니고 있었네요~

마지막으로 위에서 말씀드렸던 철가루와 황가루를 이용한 실험 영상을 첨부했으니, 철과 황가루가 어떻게 변하는지 관찰해보아요!

 

 

 

 


 

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소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 25.

문명의 문을 열었던 원소, 철>

 

 

 

안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

화학 I 교과서의 첫 장을 펼쳐보면 인류 문명에 영향을 준 여러 가지 사건들에 대해 배우게 되는데, 그 중 하나가 철의 제련입니다. 철은 자연 상태에서 산소와 결합한 형태인 철광석으로 존재하기 때문에 철을 이용하기 위해서는 철광석에서 산소를 제거하여 순수한 철을 얻는 과정을 거쳐야 합니다. 인류가 철광석에서 순수한 철을 만들어 내는 기술을 개발하여 본격적으로 철을 이용하게 됨으로써 철기 시대가 도래하였습니다. 철, 어떤 물질이기에 인류 문명을 활짝 열 수 있었을까요?

 

 

 

철(Fe)의 산화

 

철은 회백색의 금속으로 녹는점은 1,530℃, 비중은 7.86이며, 공기 중에 쉽게 산화되어 적갈색의 녹이 습니다. 산화물 보호피막을 만드는 알루미늄과는 달리, 녹슨 면이 떨어져나가고 새로운 표면이 다시 녹슬기 때문에 계속해서 산화가 일어납니다. 녹스는 것을 방지하려면 산소나 물과의 접촉을 막을 수 있는 피막을 입히면 철의 부식을 방지할 수 있는데요. 페인트 칠을 하거나 아연이나 마그네슘을 도금해주면 됩니다. 아연과 마그네슘이 반응성이 더 커서 철보다 먼저 산화되어 철은 보호되기 때문입니다.

 

 

 

철(Fe)의 이용

 

철은 전 세계의 금속생산량 95%를 차지하고 있습니다. 매장량이 풍부하고 가공하기 쉽기 때문이죠. 탄소와 합금하여 경도와 강도를 높인 채로 건축 구조 재료, 자동차, 선박, 각종 기계 등 산업 전반과 생활 용품에서 널리 사용되고 있죠. 크롬이 함유된 철은 강도가 높아서 스테인리스강이라고 합니다. 이전 포스팅에서 다루었어요! (http://www.finelfc.com/400)

 

철로 만들어진 용품이 아니어도, 철을 이용한 기계로 만들어졌을만큼 철은 매우 중요합니다. ‘산업의 쌀’이라고 불릴 정도니까요!

철 화합물인 염화제2철(FeCl3)은 수질관리나 하수처리의 응집제, 색소나 잉크로 사용되는 프러시안 블루 제조, 동물 사료, 지혈제에 쓰이고 있습니다. 황산제1철(FeSO4)은 다른 철 화합물을 제조, 시멘트의 크롬산염을 환원, 식품 첨가제로 그리고 철 결핍에 따른 빈혈증을 치료하는데 사용됩니다.

 

철은 다른 전이 금속원소들과 마찬가지로 배위화합물을 만드는데요. 배위화합물이란 1개의 원자에 몇 개의 이온이나 분자가 배열하여 결합한 것입니다. 철의 배위화합물 중에서 가장 대표적인 것은 프러시안 블루(Fe7(CN)18(H2O)x)입니다. 프러시안 블루는 청색 안료로 물에 녹지 않고 콜로이드를 만드는 성질이 있기 때문에 검정색과 푸른 잉크 제조, 페인트, 생물 조직 염색, 청사진에도 사용되고 있습니다.

 

 

 

우리 몸 속의 철(Fe)

 

철은 대부분의 생물체의 필수 원소입니다. 철이 인체에 필수적이라는 사실은 기원전 5세기경 그리스 시대부터 알려져 있었다고 해요. 체중 70kg 성인의 몸에는 약 6g의 철이 있는데, 단백질과 효소, 헤모글로빈에 포함되어 있습니다. 각종 신진대사는 물론 세포에 산소공급을 하기 위해서는 철이 필수적이죠! 위의 그림과 같이 헤모글로빈 중심에는 철 원자가 있는데, 폐에서 산소와 결합하여 온몸의 세포에 운반하는 역할을 합니다. 산소와 잘 결합하고 분리되지만 일산화탄소와는 200배 더 잘 결합한다고 하네요. 일산화탄소 기체가 왜 위험한지 아시겠죠?

 

철이 부족하면 체내 산소 공급이 제대로 이뤄지지 않아 빈혈이 생깁니다. 또한 주의력 결핍, 탈모 등이 발생할 수도 있어요. 반대로 과다하게 섭취하면 혈액에 결합되지 않은 철이 증가하고, 잉여 철들이 과산화물(일반적인 산화물에 산소원자가 더해진 화합물)과 반응하여 DNA나 단백질 등을 손상시킬 위험성이 있습니다.

 

 

수 천년 전에 발견되어 인류에게 큰 변화를 안겨준 철. 건축, 무기, 항해 등 인류 발전 전반에 걸쳐있으면서 장족의 문명 발달을 이루게 해주었습니다. 철이 없었다면, 발견하지 못했더라면 우리는 지금 어떤 사회에서 살고 있을까요? 청동기 시대? 아직 중세시대와 같은 환경에 머물러 있을까요? 오늘 하루라도 우리 주위에 얼마나 많은 철이 있는지 인지해보면서 하루를 마무리 해보는 것은 어떨까요 : )

 

 

 

 

선생님의 한마디

 

세포들이 건강히 운동을 하려면, 뇌가 빨리 돌아가려면 세포에 산소가 충분히 공급되어야 합니다. 특히 여성분들은 생리로 인한 피의 배출로 철분이 상대적으로 부족할 수 있어요. 어떤 이유에서건 우리는 철분을 잘 챙겨먹어야 합니다!

해조류와 토마토, 굴, 계란 노른자를 비롯하여 육류, 간, 견과류에도 많이 들어있다고 합니다.

실생활에서 쉽게 먹을 수 있는 것들이니, 인스턴트만 먹지 말고 건강 음식! 잘 챙겨드세요~

 

 

 

 

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 손이 시려울땐 손난로! 성분과 원리가 궁금하다!

 

 

손이 꽁꽁꽁 발이 꽁꽁꽁! 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다.

 

꽁꽁 언 손을 녹이기 위한 잇 아이템! 손난로~ 많이들 쓰시나요? 

화통이는 핫팩과 손난로는 거의 책상 서랍에 대량 구매해서 담아 두면서 쓰고 있답니다.

여러분은 어떤 종류의 손난로를 쓰고 계신가요?

 

 shake it~! shake it~! 

 

 

 

화통이는 여러분을 위하여 실제로 손난로를 하나 개봉하였습니다!

 

재료로는 철분, 활성탄, 소금, 합성수지 등이 쓰입니다. 우리가 흔드는 동안 이 성분들은

무슨 작용을 하는 것일까요? 그것은 바로 철 성분에 답이 있습니다. 철 성분들은 흔드는

동안 산화가 되어(산소와 결합하게 되어) 좀 더 안정한 상태로 바뀌게 됩니다.

화학에서는 불안정한 물질에서 안정한 물질로 바뀌면 그 에너지 차이만큼을 방출한다고 봅니다. 즉 이 경우에는 철 성분이 산화철로 바뀌면 더 안정해져서 열이라는 에너지를 방출하게 되는 것이죠.

 

 

 이해하셨나요? 어려우신 분들을 위해 조금 더 쉽게 설명 해보도록 하겠습니다.

 철이 녹스는 현상 많이 보셨을텐데요~똑같은 현상이 손난로 안에서 일어나고 있다고 생각하시면 됩니다. 그래서 좀 더 안정한 형태로 변하면서 열을 내는 원리를 이용해서 손난로라는 아이템을 만들어 낸 것이죠.

 

4Fe+3O2⇒2Fe2O3 + 열

 

 

한가지 더 ! 대체 소금이며 활성탄 이런 것은 어디에 쓰이는 것 일까요?

소금이나 활성탄은 위와 같은 반응을 좀 더 잘 일어날 수 있도록 해주는 첨가제 라고 보시면

됩니다. 여러분들이 바로 따뜻하게 쓸 수 있도록 철의 산화를 촉진 시켜주는 것이죠~

 

 

똑딱! 똑딱이 손난로의 원리

  

 

똑딱이 손난로는 금속판과 투명한 겔이 들어가있는데요~금속판을 똑딱!하고 구부리면

부분이 딱딱하게 굳어지면서 열이 납니다. 이 손난로의 비밀은 바로 저기 들어있는 겔에 있는데요. 겔 성분에는 보통 아세트산나트륨 과포화용액이나 티오황산나트륨 과포화 용액이 많이 쓰입니다. 과포화 용액이라는 것은 매우 불안정한 상태라 매우 작은 자극에도 변화를 보이는 용액을 말합니다. 즉 금속판을 구부리는 자극에도 용액은 과포화인 상태를 견디지 못하고 결정화가 일어나게 되는 것이죠.

 

똑딱이 손난로는 흔드는 손난로와 다르게 재사용이 가능한데요. 열을 가해주면 다시 위에서 일어난 반응의 반대 반응이 일어나 다시 사용할 수 있게되는 원리입니다. 즉 뜨거운 물에 담그거나 따뜻한 곳에 두면 다시 재사용할 수 있다는 장점이 있습니다! 남은 겨울 손난로와

함께 따뜻하게 보내시면 좋겠네요~!

 

 

추가적인 화학상식>>

*과포화 용액: 용매에 용질이 일정한 온도에서 녹을 수 있는 양보다 더 많은 양을 녹인 상태, 휘저어주거나 흔들 경우

                  바로 포화용액으로 돌아가려는 성질이 있음

*포화 용액: 용매에 용질이 일정한 온도에서 녹을 수 있는 최대치 만큼 녹아있는 상태

  

 

 

 

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