물질을 순물질(pure substance)과 혼합물(mixture)로 나누는 것은 화학의 출발점이다. 둘은 화학식의 차이로도, 끓는점/녹는점의 행동으로도 구별된다.
SECTION 01 · 도입
같은 물? 다른 물!
증류수, 수돗물, 바닷물 — 모두 '물'이지만 사실 다르다. 증류수는 H₂O만 있는 순수한 물이고, 수돗물에는 약간의 미네랄, 바닷물에는 많은 소금이 녹아 있다. 무엇이 한 가지 물질이고, 무엇이 섞인 물질일까?
SECTION 02 · 분류
물질의 분류 — 한눈에 보기
모든 물질은 다음과 같이 분류된다.
물질 분류 다이어그램
SECTION 03 · 순물질 vs 혼합물
한 가지로 이루어진 것과 섞인 것
차이의 핵심은 단순하다 — 물질의 종류가 한 가지인가, 여러 가지인가.
PURE SUBSTANCE · 순물질
한 가지 물질로만 이루어진 것
물질의 특성값(끓는점·녹는점·밀도)이 일정한 값을 가진다. 가열 곡선에서 끓는점·녹는점이 평탄한 구간을 보인다.
증류수 H₂O산소 O₂금 Au소금 NaCl다이아몬드
MIXTURE · 혼합물
두 종류 이상의 물질이 섞인 것
각 성분이 자신의 성질을 유지하며 섞여 있다. 특성값이 일정하지 않고, 비율에 따라 달라진다. 가열 곡선에서 끓는점이 점점 올라간다.
바닷물공기설탕물흙탕물주스스테인리스
SECTION 04 · 혼합물의 두 종류
균일 vs 불균일 — 섞임의 정도
같은 혼합물이라도 잘 섞였는지, 덜 섞였는지에 따라 구별된다.
HOMOGENEOUS · 균일 혼합물
어디서나 같은 비율로 섞인 것
눈으로 봐도 한 가지 물질처럼 보인다. 모든 부분의 성분 비율이 같다. 보통 액체 상태에서 잘 녹아 있는 형태.
📌 설탕물, 식초, 공기, 사이다, 합금(스테인리스, 청동)
HETEROGENEOUS · 불균일 혼합물
부분마다 비율이 다른 것
눈으로 봐도 서로 다른 성분이 보인다. 부위에 따라 성분 비율이 다르다.
📌 흙탕물, 우유, 김치, 케이크, 암석, 콜라(거품)
HETEROGENEOUS · 불균일 혼합물
김치 — 한국인의 대표적인 불균일 혼합물
김치는 배추, 무, 고춧가루, 마늘, 양념액이 한 그릇 안에서도 위치마다 비율이 다르게 섞여 있다. 한 입엔 무가 많고, 다음 입엔 배추가 더 많을 수 있다.
겉으로도 빨간 양념과 흰 배추가 구분되어 보인다. 이런 혼합물을 불균일 혼합물(heterogeneous mixture)이라 한다. 자연 상태의 음식·암석은 대부분 불균일.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA
ROCK · 불균일 혼합물
화강암 — 광물 알갱이가 보이는 암석
화강암을 얇게 갈아 편광 현미경으로 보면, 장석·석영·운모 세 광물이 색이 다른 결정으로 모자이크처럼 보인다. 이 광물들은 각자 자신의 성질을 그대로 유지한 채 섞여 있다.
어떤 부위는 장석이 많고, 어떤 부위는 석영이 많다 — 즉 위치마다 성분 비율이 다른 불균일 혼합물이다. 모든 암석은 이런 광물들의 혼합물이다.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA · 편광 현미경 박편
SECTION 05 · 가열 곡선의 차이
끓는점으로 구별하기
순물질과 혼합물은 가열했을 때 끓는 모양이 완전히 다르다.
가열 곡선 · 순물질 vs 혼합물
순물질 (물) — 끓는점에서 평탄
혼합물 (소금물) — 끓는점이 점점 상승
핵심 차이 · 순물질은 끓는 동안 온도가 일정하게 유지되어 그래프가 평탄해진다. 반면 혼합물은 물이 먼저 빠져나가면서 소금 농도가 진해져, 끓는점이 점점 올라간다. 가열 곡선의 모양만으로도 순물질·혼합물을 구별할 수 있다.
● 가열 시뮬레이션 — 재생 버튼으로 시간을 흘려 보자
재생을 누르면 두 액체가 가열되는 모습이 시간에 따라 그려진다. 순물질의 곡선이 100°C에서 평탄해지는 동안, 혼합물의 곡선이 어떻게 변하는지 비교해 보자.
SECTION 06 · 형성평가
스스로 점검하기
학습한 내용을 확인해 보자.
3문항 점검 퀴즈
맞힌 개수 0/ 3
Q1
다음 중 순물질로만 짝지어진 것은?
해설 · 순물질은 한 가지 물질로만 이루어진 것이다. 증류수(H₂O), 산소(O₂), 다이아몬드(C)는 각각 단일 성분으로 이루어져 있어 순물질이다. 바닷물·공기·우유·설탕물·합금 등은 모두 혼합물이다.
Q2
소금물을 끓일 때 온도 변화 그래프의 특징으로 옳은 것은?
해설 · 소금물은 혼합물이라 끓는 동안 물이 먼저 빠져나가 농도가 진해지고, 끓는점이 점점 올라간다. 순물질이라면 끓는 동안 온도가 일정하게 유지되어 평탄한 구간이 나타난다.
Q3
균일 혼합물의 예로 옳은 것은?
해설 · 균일 혼합물은 모든 부분의 성분 비율이 같아 보이는 혼합물이다. 설탕물은 설탕이 물에 완전히 녹아 어디서나 같은 농도이므로 균일 혼합물이다. 흙탕물·우유·암석은 부분마다 성분이 달라 불균일 혼합물이다.
핵심 정리
PURE
순물질
한 가지 물질. 특성값 일정. 증류수, 금, 산소.
MIXTURE
혼합물
두 가지 이상 섞임. 특성값 변동. 바닷물, 공기.
HOMOGENEOUS
균일 혼합물
어디서나 같은 비율. 설탕물, 식초, 공기.
HETEROGENEOUS
불균일 혼합물
부분마다 비율 다름. 흙탕물, 우유, 김치.