지하수나 수돗물을 주전자에 넣고 오랜 기간 끓이면 물속에 녹아 있던 칼슘 이온과 탄산수소 이온이 열분해되어 흰색의 탄산칼슘 앙금인 관석을 형성하는 이유가 무엇인가요?

Question

지하수나 수돗물을 주전자에 넣고 오랜 기간 끓이면 물속에 녹아 있던 칼슘 이온과 탄산수소 이온이 열분해되어 흰색의 탄산칼슘 앙금인 관석을 형성하는 이유가 무엇인가요?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

지하수나 수돗물에는 눈에 보이지 않지만 칼슘 이온과 탄산수소 이온 같은 다양한 미네랄 성분이 녹아 있습니다. 이 물을 주전자에 넣고 끓이면 열에 의해 수용액 내부에서 화학적인 상태 변화가 일어나며, 그 결과 물에 녹지 않는 흰색의 탄산칼슘 고체인 관석이 만들어집니다.

​가장 핵심적인 원인은 탄산수소 이온의 열분해 반응에 있습니다. 물속에 녹아 있던 탄산수소 이온은 열을 받으면 불안정해지면서 탄산 이온과 물, 그리고 이산화탄소 기체로 분해됩니다. 이때 생성된 이산화탄소는 기체 상태로 증발하여 물 밖으로 날아가고, 수용액 속에는 탄산 이온만 남게 됩니다. 이 과정에서 물의 온도 증가로 인해 이산화탄소의 용해도가 급격히 떨어지는 점도 반응을 촉진하는 역할을 합니다.

​이렇게 새로 만들어진 탄산 이온은 물속에 원래 존재하던 칼슘 이온과 만나 결합하게 됩니다. 칼슘 이온과 탄산 이온이 결합하여 형성된 탄산칼슘은 물에 대한 용해도가 매우 낮은 물질입니다. 게다가 물이 끓으면서 수분이 증발하면 이온들의 농도가 더욱 진해져 일정 수준을 넘어서게 되고, 결국 더 이상 물에 녹지 못하고 흰색의 고체 앙금 형태로 석출됩니다. 이 앙금들이 주전자 바닥이나 벽면에 층층이 쌓이면서 단단한 관석을 형성하게 됩니다.