학문
밤하늘의오로라
설탕은 타면 검게 변하는데, 소금은 왜 그대로인 것인가요?
안녕하세요. 설탕을 가열하다보면 원래 흰색이었다가 갈색을 거쳐 결국 검게 탄소처럼 변합니다. 하지만 소금은 아무리 가열해도 타지 않던데 두 물질의 차이는 무엇인지 유기물과 무기물의 구조적 차이와 관련지어 알고싶습니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
겉으로 보면 둘 다 흰색 고체인데, 왜 설탕은 가열하면 갈색을 거쳐 검게 변하고, 소금은 아무 변화가 없는 것처럼 보이는 현상은 분자 구조와 결합의 성격, 즉 유기물과 무기물의 본질적인 차이에서 비롯된 결과입니다.
우선 설탕은 화학적으로 자당이며, 분자식은 C₁₂H₂₂O₁₁입니다. 즉, 탄소와 수소, 산소로 이루어진 탄소 기반 유기 분자입니다. 이 분자 안에는 탄소-탄소 결합과 탄소-수소 결합이 많이 존재합니다. 설탕을 가열하면 먼저 녹고, 일정 온도 이상이 되면 열분해가 시작되는데요 우선 분자 내부 결합이 끊어진 후 물이 빠져나가는 탈수 반응이 일어납니다. 이때 작은 분자들이 떨어져 나가면서 탄소가 상대적으로 많이 남게 되며 남은 탄소들이 서로 결합하며 불규칙한 탄소 덩어리를 형성합니다. 이때 갈색으로 변하는 과정은 흔히 캐러멜화 반응이라고 부르며, 복잡한 분해, 재배열, 중합 반응이 연속적으로 일어납니다. 더 높은 온도에서는 거의 순수한 탄소에 가까운 검은 물질이 남게 되는 것이며 설탕이 타는 것은 탄소 골격이 남는 열분해 과정입니다.
반면 소금은 화학적으로 염화나트륨인데요 이는 탄소가 전혀 없는 이온 결합 물질이며 나트륨 이온과 염화 이온이 강한 정전기적 인력으로 규칙적인 결정 격자를 이루고 있습니다. 설탕은 공유결합으로 이루어진 거대한 분자이며, 가열하면 내부 결합이 끊어지면서 구조가 붕괴됩니다. 반면 소금은 이미 안정한 이온 결정 구조이며, 가열해도 특별히 분해될 경로가 없습니다. 염화나트륨이 화학적으로 분해되려면 매우 높은 온도에서 나트륨과 염소 기체로 나뉘어야 하는데, 이는 일상적인 가열 조건에서는 거의 일어나지 않습니다. 대신 약 801℃에서 단순히 녹을 뿐인 것입니다. 또한 탄다는 것은 보통 산소와 반응해 산화되는 과정을 의미하는데요 설탕은 탄소를 포함하므로 산소와 반응해 이산화탄소를 만들 수 있고, 그 중간 단계에서 탄화물이 형성됩니다. 하지만 소금은 이미 나트륨이 +1, 염소가 –1의 안정한 산화 상태에 있기 때문에 더 산화될 여지가 거의 없는 것이며 즉, 더 이상 산소와 반응해 에너지를 얻을 수 있는 구조가 아닌 것입니다. 감사합니다.
채택된 답변안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
유기물과 무기물의 차이로 설명할 수 있습니다.
유기물도 정의를 탄소가 포함되어 있는 고분자로 정의할 경우 설탕은 탄소 수소 산소로 이루어진 유기물이고 소금은 나트루륨과 연소로 이루어진 무기물 입니다.
열을 가했을 때 설탕인 유기물은 쉽게 탄화되는데 이는 탄소 수소 산소가 열을 얻어 구조가 끊어지고 수소와 산소는 물이되어 증발합니다. 가장 열에 안정한 탄소덩어리만 남게되는데 이것은 마지막 남은 검정 덩어리 입니다.
반면 소금의 경우는 탄소가 들어있지 않은 나트륨 이온과 염화이온의 결합입니다. 양이온과 음이온간의 정전기적 인력으로 구성되어 있는 설탕의 유기물간 결합보다 훨씬 강합니다. 그래서 외부의 열에 의해 쉽게 분해가 진행되지 않습니다. 용융온도가 900도 이상이기에 어지간한 열원에서는 용융이 일어나지 않을 정도로 높은 온도 입니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)