바닷물에서 소금을, 원유에서 휘발유를, 흙탕물에서 진흙을 — 모두 물질의 특성 차이를 이용해 분리한다. 어떤 특성을 활용할 것인가, 그 선택이 분리 방법을 결정한다.
바닷물에서 소금만 얻고 싶다. 우유에서 지방만 분리하고 싶다. 어떻게? 답은 항상 같다 — 섞여 있는 물질들의 특성 차이를 이용한다.
물과 소금이 섞여 있다고 하자. 두 물질은 어떤 점이 다른가? 끓는점이 다르다 — 물은 100°C, 소금은 1465°C. 가열하면 물만 먼저 증발해 빠져나간다 → 소금이 남는다. 이것이 증류의 원리이다.
흙탕물에서 진흙을 분리하고 싶다면? 입자 크기가 다르다 — 물 분자는 매우 작고, 진흙 알갱이는 비교적 크다. 작은 구멍이 있는 필터에 부으면 물만 빠져나가고 진흙은 걸린다 → 거름(filtration).
이렇게 어떤 특성 차이를 이용하느냐에 따라 분리 방법이 달라진다. 다음 5가지가 대표적이다.
탭을 클릭해 각 분리 방법의 원리, 장치 모양, 응용 예를 살펴보자.
실제 실험 사진. 분별 깔때기 안에서 물(아래·빨간색 식용 색소)과 기름(위·노란색)이 밀도 차로 자연스럽게 분리된다. 두 액체가 섞이지 않는 성질을 이용한다.
아래 꼭지를 살짝 열면 무거운 물부터 받을 수 있다. 가장 단순하면서도 가장 자주 쓰이는 분리 장치.
높이 50 m가 넘는 분별 증류탑이 보이는 정유공장. 원유는 다양한 끓는점을 가진 탄화수소의 혼합물이다. 이 탑 안에서 끓는점이 낮은 성분부터 차례로 분리된다.
위쪽 ← 가벼운 휘발유(40°C) · 가운데 ← 등유·경유 · 아래쪽 ← 무거운 중유·아스팔트. 분별 증류 원리 하나가 현대 사회의 연료·플라스틱 원료를 전부 만들어 낸다.
바닷물(소금 + 물 + 미량 미네랄)을 얕은 염전에 가두고 햇볕에 말린다. 물이 천천히 증발하면서 남은 액체의 소금 농도가 짙어지고, 결국 용해도를 넘는 양이 결정으로 석출된다.
이것이 바로 재결정의 원리. 사진은 인도 마라카남 염전이지만, 우리나라 신안군 일대의 천일염전도 똑같은 원리로 작동한다.
혼합물을 보고 적절한 분리 방법을 어떻게 선택할까? 다음 흐름도를 따라 가 보자.
학습한 내용을 확인해 보자.