환 경 화 학

(1)

환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호 E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

(2)

학습 목표

4장 물 화학에서 상(Phase) 상호 작용

(On-line class: Ch.4-1)

 용해도(Solubility)

 양이온 교환 용량(Cation exchange capacity, CEC) (중요 개념 정리)

(3)

용해도(Solubility)

용질이 용매에 포화상태까지 녹을 수 있는 한도(mol/L)

용해도 곱(Solubility product, K_sp)

잘 녹지 않는 이온성 화합물(고체)의 용해도 평형에 대한 평형상수

 K_sp 값 알면 이온성 고체의 용해도 알 수 있다.

( )

(4)

계산 원리) 고체

A₂B_(s)

용해도 계산

( ) è 고체 용해  이온 생성

화학반응: 당량 반응 _{( )}

( )의 용해도 = S _{( )}의 용해도 곱 = K_sp =

(5)

(보충 )

용해도 = S

용해도 곱 = K_sp =

(6)

예제 1) 고체 크롬산(Ag

₂

CrO

_4(s)

)의 용해도는?

( )

Case 1: 순수한 물에서의 고체 크롬산 용해도 = ?

( )

용해도(S)

용해도 곱(K_sp) =

따라서, S =

(7)

Case 2: 0.1 M AgNO₃ 용액에서의 고체 크롬산(Ag₂CrO_4(s))용해도 = ?

( ) K_sp =

대안으로, 가정 도입:

(8)

Case 2: 0.1 M AgNO₃ 용액에서의 고체 크롬산(Ag₂CrO_4(s))용해도 = ?

( )

대안으로, 가정 도입: 2S << 0.1

<검산1>

<검산2>

(9)

환 경 화 학

(10)

학습 목표

4장 물 화학에서 상(Phase) 상호 작용

 용해도(Solubility)

 양이온 교환 용량(Cation exchange capacity, CEC) (중요 개념 정리)

(11)

점토의 콜로이드 특성

점토(Clay)

• 콜로이드 물질로 존재하는 미네랄의 한 종류

‘크기 0.001 ~ 1 m 정도의 빛 산란시키는 입자’

단위 층(unit layers)으로 구성되어 층 사이에 물 흡수 함  팽윤 작용 (물 흡수하여 부피 팽창)

• 주성분: Al(OH)₃ 수산화 알루미늄 SiO₂ 이산화 규소

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점토의 콜로이드 특성

점토(Clay)

• 콜로이드 물질로 존재하는 미네랄의 한 종류

‘크기 0.001 ~ 1 m 정도의 빛 산란시키는 입자’

단위 층(unit layers)으로 구성되어 층 사이에 물 흡수 함  팽윤 작용 (물 흡수하여 부피 팽창)

• 주성분: Al(OH)₃ 수산화 알루미늄 SiO₂ 이산화 규소

• Al³⁺, Si⁴⁺ 이온이 더 작은 전하의 금속과 치환

 이온 치환 발생: 점토에 음전하 생김

 이를 중화시키기 위해 양전하들이 점토 표면에 부착됨

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점토(Clay)

 “교환 가능한 양이온” 들이 점토 표면에 부착됨

++ +

−

++

−

0

−

Al³⁺

Si⁴⁺

(14)

점토(Clay)

 “교환 가능한 양이온” 들이 점토 표면에 부착됨

++ +

−

++

−

0

−

Al³⁺

Si⁴⁺

K⁺, Na⁺ NH₄⁺

++

−

− _NH₄⁺

Na⁺ K⁺ NH₄⁺

Na⁺

K⁺

점토의 중성화 토양 영양분 저장소

교환 가능한 양이온 양은 건조한 점토 100 g 당 밀리당량(milliequivalent, meq)으로 표현

 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC), 단위: meq/100g = cmol/kg

(15)

(Review)

(16)

(Review)

(17)

CEC 단위 이해

100 g의 건조 토양 당, 1 meq = ?

즉, 100 g의 건조 토양 당, 1 mg H⁺ 존재 시 =

20 mg Ca²⁺ 존재 시 =

(음전하 1 meq는 H⁺ 1 meq와 1:1로 동등하게 반응)

(18)

단위 환산

(19)

환 경 화 학

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학습 목표

4장 물 화학에서 상(Phase) 상호 작용

 양이온 교환 용량: 음전하 사이트 이해

 중요 개념 정리

(21)

토양의 CEC = 5.0 meq/100g 이라면,

H⁺

존재 시

(22)

H⁺

존재 시

Ca²⁺

존재 시

토양의 CEC = 5.0 meq/100g 이라면,

(23)

CEC = 5.0 meq/100g 일 때 토양에 존재하는 음전하 수

H⁺

존재 시

(24)

CEC = 5.0 meq/100g 일 때 토양에 존재하는 음전하 수

H⁺

존재 시

Ca²⁺

존재 시