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규한 섭
4 years ago
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1 Chapter 11 용액의특성 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

2 11.1 용액의조성 용액 (Solution) : 혼합물 (mixture) 의구성성분이균일하게 (homogeneous) 섞여있는혼합물 ex) 수용액 (aqueous solution)

3 용질 (Solute) : 용매에녹아있는물질용매 (Solvent) : 용질을녹이는물질 몰농도 (Molarity) = M = 용질의몰수 용액의부피 (L) 삼투압 Raoult 의법칙

4 (Molality, m) 노말농도 (normality) = N = 끓는점오름어는점내림 용질의당량 (equivalent) 수 용액의부피 (L) ppm(part per million)= ppb(part per billion)= 용질의질량 (g) 1x10 6 g 용액 용질의질량 (g) 1x10 9 g 용액

5 (g) (g) 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

9 11.2 용액형성에너지 용해도 (solubility) 에미치는요인 : 극성용질은극성인용매에잘녹고, 비극성용질은비극성용매에잘녹는다. Why? DDT( 비극성 ): 지방 ( 비극성 ) 에녹기때문에동물의조직에남아농축되어해를입힌다. 물위에뜬가솔린 : 물은극성물질이므로비극성물질인가솔린과섞이지않는다. 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

10 용액의형성단계 1 단계 : 용질의팽창 : 용질사이의인력극복 H 1, 흡열 (endothermic) 2 단계 : 용매의팽창 : 용매사이의인력극복 H 2, 흡열 (endothermic) 3 단계 : 용질과용매의섞임 : 용질과용매사이의인력 H 3, 발열 (exothermic) 용해열 = (enthalpy(heat) of solution) 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

11 H 1 + H 2 < H 3 H 1 + H 2 > H 3 H 용해 < 0 H 용해 > 0 그림 11.2 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

12 H 용해는작지만양의값그러나 NaCl 은물에녹는다. 왜? 즉, H 용해 > 0 이나 G 용해 < 0, G = H - T S (16.4 장 ) 무질서도 (entropy) 의증가 그림 11.3 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

13 무질서도증가효과 무질서도증가효과 G 용해 < 0 인경우에용액을형성 G : 자유에너지 (free energy) 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

14 11.3 용해도에영향을미치는요인 A. 구조의영향 비타민 A 는비극성 - 체지방과같은비극성물질에녹음 ( 지용성, 소수성 ), 신체의지방에축적될수있다. 비타민 C 는극성 물에녹음 ( 친수성 ), 몸에서배출되기에정기적으로섭취하여야 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

15 B. 압력의영향 고체, 액체의용해도는압력에영향을받지않음기체의용해도는압력에따라증가 Ex) 탄산음료수의 CO 2 (a) 용액과평형을이루고있는기체상의용질 (b) 압력의증가단위시간당용액속으로들어가는기체입자수증가용액내의기체입자수증가 (c) 새로운평형 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

16 Henry 의법칙 : 기체의용해도는용액위에있는기체의압력에정비례한다. C = kp P = 용액위에있는기체용질의분압 (atm) C = 용액에녹아있는기체의농도 (mol/l) k = 각용액종류에의존하는상수 Henry 의법칙은용매에서해리되지않거나반응하지않는기체의묽은용액에서잘맞음. 예 ) 물에녹아있는산소는 Henry 의법칙을잘따름물에녹은염화수소기체는 Henry 의법칙에서벗어남.

17 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

18 C. 온도의영향 ( 수용액에관한 ) 고체 : 온도의증가가용해속도를빠르게함 ( 황산소듐, 황산세륨등은예외 ) 온도의증가가일반적으로용해도의증가를가져옴 C. 온도의영향 ( 수용액에관한 ) 기체 : 온도의증가는용해도의감소를가져옴 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

19 보일러속의고체찌꺼기 : 물에칼슘이온 (Ca 2+ ) 이녹아있다면, 탄산수소칼슘은수용성, 탄산칼슘은비수용성 물이보일러에서가열되면서이산화탄소가제거위의역반응인아래의반응이일어나고탄산이온 (CO 2-3 ) 농도증가탄산칼슘침전 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

20 11.4 용액의증기압 액체는표면에서증발하여증기와평형을이루게된다. 물 황산수용액 시간이지날수록 황산수용액의 부피증가 순수한물의증기압이황산수용액의증기압보다크다. 시간이지나면모든물이황산수용액으로이동 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

21 액체와평형을이루고있는상태의증기의압력 순수용매 비휘발성용질이든용액 비휘발성용질의존재용액표면의용매의분자수감소액체로부터용매의증발을방해 용액의증기압감소 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

22 Raoult 의법칙 : 비휘발성용질을가지고있는용액의증기압은존재하는용매의몰분율에정비례 P 용액 = 용매 P 용매 P 용액 = 용액의증기압 (atm) 용매 = 용매의몰분율 P 용매 = 순수한용매의증기압 (atm) 증기압내림을측정하여용질의분자량을측정가능 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

23 시험치를때는계산기를지참!!

25 두성분이모두휘발성인액체 - 액체용액일때각각이증기압에기여하게된다. 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

26 이상용액 벤젠과톨루엔과같이비슷한성질의액체로이루어진용액은용질 / 용질, 용매 / 용매, 용질 / 용매간의상호작용이매우유사거의이상적인행동이관찰되며 Raoult 의법칙을만족시키며이상용액 (ideal solution) 이라부른다. H 용해 0 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

27 비이상용액 용질분자들끼리또는용매분자들끼리의인력이크면 Raoult 의법칙을따르지않는다. If 용질끼리, 용매끼리의인력 > 용질과용매사이의인력 증발하려는경향이강함, Rault 의법칙으로부터양의벗어남 H 용해 > 0, 흡열 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

28 비이상용액 용질또는용매분자들간의상호인력이크면 Raoult 의법칙을따르지않는다. If 용질끼리, 용매끼리의인력 < 용질과용매사이의인력 증발이어려워짐, Rault 의법칙으로부터음의벗어남 H 용해 < 0, 발열 아세톤 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

29 표, 그림출처 : 일반화학, 7 판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

31 A. 총괄성 (Colligative properties) 용질의종류와상관없이용질의입자개수 ( 몰수 ) 에의존하는성질예 ) 끓는점오름, 어는점내림, 삼투압 (11.6) 분자량측정에이용 B. 끓는점오름 액체의정상끓는점은, 증기압이 1 기압과같아지는온도 비휘발성용질 : 용매의증기압을낮춤 (Raoult s law) 용매의끓는점높임 T = K b m 용질 K b = 용매의종류에따라결정되는상수 m 용질 = 용질의몰랄농도

34 C. 어는점내림 녹는점, 어는점 : 얼음과물이공존용질의존재는얼음의형성을방해함더낮은온도에서얼음이형성 Ex) 어는것방지용염화소듐 (NaCl), 염화칼슘 (CaCl2)

35 C. 어는점내림 어는점이내려가는정도는용질의몰랄농도에비례한다. T = K f m 용질 K f = 용매의특성에따른상수 m 용질 = 용질의몰랄농도

36 10.0 L (10.0Kg) 의물에녹여야하는에틸렌글라이콜의몰수는

37 벤젠의 즉, 0.546g 의호르몬이 7.04x10-4 mol 이므로

38 A. 삼투현상 (Osmosis) : 반투막 ( 용매는통과시키고용질은통과시키지않음 ) 을통하여용매가용액으로흘러들어가는것. 두용액의농도가같아지려고함. B. 삼투압 (Osmotic pressure) : 반투막을통하여용매가용액으로흘러들어감으로써생기는압력. 시간경과 시간경과

39 삼투현상을막기위한최소압력 : 용액의삼투압 = MRT = 삼투압 (atm) M = 용액의몰농도 (mol/l) R = 기체상수 = L atm/k mol T = 절대온도 (K) 적은농도의용질로도큰삼투압얻을수있음분자량결정에유용

40 용액 1L 에 6.01x10-5 mol 1.00x10-3 g 의단백질을녹여서 1mL 의용액을만들었으므로 용액 1L 에단백질 1.00g = 단백질의몰질량

41 C. 투석 (Dialysis) : 막이용매와작은용질분자및이온을통과시킴

42 D. 등장액 (Isotonic solution) : 같은삼투압을갖는용액혈관을통해주입되는액체는등장액이어야 예 ) 적혈구세포를세포액보다더큰삼투압을갖는용액 ( 고장액 ) 에담그면물이빠져나와세포가수축 ( 세포수축 ) 적혈구세포를세포액보다더작은삼투압을갖는용액 ( 저장액 ) 에담그면물이세포속으로흘러들어가세포가팽창되어파괴 ( 세포파괴 )

44 F. 역삼투 (Reverse osmosis) : 삼투압보다큰외부압력을가할때생기는현상, ex) 바닷물의탈염, 정수기

45 A. van t Hoff 계수 (i)

46 예상값과 van t Hoff 계수가차이가남이온쌍 (ion pair) 을이루어한개의입자로행동하기때문 농도가묽을수록이온사이가더멀어져이온쌍이어려움 (i 값이커짐 ) 예 ) 0.10m NaCl 용액에대한 van t Hoff 계수 : m NaCl 용액에대한 van t Hoff 계수 : 1.97 끓는점오름 T = ik b m 용질 어는점내림 T = ik f m 용질 삼투압 = imrt

47 실험값은 이온쌍형성때문

48 A. Colloidal dispersions ( 콜로이드분산 ) or colloid ( 콜로이드 ) 어떤용매 ( 매질 ) 에작은입자가떠다니는 suspension( 현탁액 ) 크기 : 1 ~ 1000 nm 입자의중심은 : 작은이온성결정, 몇개의분자집합체, or 한개의커다란분자 정전기적반발 콜로이드 : 전기적으로중성, but 외부의음이온층때문에정전기적반발

50 B. Tyndall 효과 콜로이드입자에의해빛이산란되는현상이온과분자는가시광선 ( nm) 을산란시키기엔너무작음 Tyndall 효과

51 C. 응집 (Coagulation) 열을가하거나전해질첨가하여콜로이드의파괴 침전 온도 : 콜로이드입자속도, 이온장벽을뚫고들어가기에충분히큰에너지를가지고충돌 콜로이드입자의엉김 전해질 : 흡착된이온층을중화시킴 ex) 강에분산되어있던진흙이바다를만나면침전굴뚝에설치된 cottrell 침전기 : 전압을걸어줌으로써연기로부터콜로이드입자의제거

2) 용해도곡선 어떤물질의용해도가온도에따라변하는정도를나타내는그래프 KNO saq K aqno aq 에서 KNO 가용해되는과정이흡열이므 로온도를높이면평형이오른쪽으로이동하여더욱많이용해된다. Ce SO 는발열적용해이므로온도를높이면용해도가떨어진다. 3) 재결정 ( 분별결정 )

2) 용해도곡선 어떤물질의용해도가온도에따라변하는정도를나타내는그래프 KNO saq K aqno aq 에서 KNO 가용해되는과정이흡열이므 로온도를높이면평형이오른쪽으로이동하여더욱많이용해된다. Ce SO 는발열적용해이므로온도를높이면용해도가떨어진다. 3) 재결정 ( 분별결정 ) 1) 용해 두종류이상의순물질이균일하게섞이는현상을용해라고하며, 이때의균 일한혼합물을용액이라한다. 2) 용해의조건 용매 + 용질 용해 석출 용액 가 ) 용매 - 용질사이의인력 용매 용매사이의인력용질 용질사이의인력일경우 나 ) 용질과용매의분자구조가비슷하거나같은원자단 ( 작용기 ) 을가진경우 용매와용질일반적으로용액의성분중에서액체성분을용매 (solvent), 고체나기체성분을용질