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 (solute) 이라고부르며, 액체와액체로이루어진용액에서양이많은쪽을용매, 양이적은쪽을용질이라고한다. 수화 (hydration) 물을용매로사용한경우용해가일어나면물분자들이용질입자들을둘러싸면서안정한구조를만들게되는데, 이러한현상을특히수화 (hydration) 라고한다. 다 ) 극성분자는극성물질에, 무극성분자는무극성물질에잘용해된다. 무극성분자의용해성증가 이온성화합물및극성분자의용해성증가 ( C 6H 12 CCl 4 C 6H 6 ) CHCl 3 C 2H 5OH H 2O 극성감소 극성증가 1) 용해도 용질이고체일때, 어떤온도에서용매 100g 에녹을수있는용질의최대 g 수 용질의질량고체의용해도 단 포화용액일때 용매의질량 동적평형용해속도와석출속도가같아진상태를동적평형상태라고하며, 이평형상태를용해평형이라한다. 1) 과포화용액 A 용해속도 < 석출속도 2) 포화용액 B 용해속도 = 석출속도 3) 불포화용액 C 용해속도 > 석출속도 고체의용해도는압력의영향은거의받지않으나온도가상승함에따라증가 하는경우가많다. ( 용해가흡열과정인경우 ) 불포화용액 C 의온도를낮추 면 B 와같은포화용액이된다.
2) 용해도곡선 어떤물질의용해도가온도에따라변하는정도를나타내는그래프 KNO saq K aqno aq 에서 KNO 가용해되는과정이흡열이므 로온도를높이면평형이오른쪽으로이동하여더욱많이용해된다. Ce SO 는발열적용해이므로온도를높이면용해도가떨어진다. 3) 재결정 ( 분별결정 ) 온도에따라용해도가크게변하는고체물질의혼합용액을냉각해가며결정 으로석출시켜분리하는방법
1) 온도와용해도 : 기체의용해도는온도가높을수록감소한다. ( 발열적용해 ) 2) 압력과용해도 : 액체에대한고체의용해도는압력의영향을거의받지않 지만, 기체의용해도는압력의증가에따라서증가한다. 3) 헨리의법칙 : 일정한온도에서일정량의용매에용해되는기체의질량은그 기체의부분압력에비례한다. 헨리의법칙헨리의법칙이잘적용되려면그기체는물에녹기어려워야한다. 즉, H 2, N 2, O 2, CO 2 등과같은비활성기체나비극성물질들은비교적헨리의법칙에잘적용되는반면, 친수성기체 (NH 3, SO 2, HCl 등 ) 들은이법칙이잘적용되지않는다.
1. 퍼센트 (%) 농도 용액 100g 속에녹아있는용질의질량을퍼센트농도라고한다. 퍼센트농도는용질과용액의질량을이용하기때문에온도가변해도그 값이변하지않는다는장점을가지고있는반면, 용액의질량을측정하기 위해서는 ( 일반적으로용액의질량보다부피를잘구하기때문에 ) 부피를 질량으로환산시키는 ( 보통, 밀도를사용 ) 과정을필요로하므로불편한 경우도있다. 용질의질량 농도 용액 용질 용매 의질량 2. 몰농도 (M, molarity) 용액 1L 속에녹아있는용질의몰수로나타내는농도의단위이다. 몰농도는용질의질량이아닌몰수를이용하여농도를구하기때문에, 용 질의입자수, 즉양적관계를알아보고자하는경우에매우유용하게사 용이되고, 용액의양을질량이아닌부피로나타내므로화학실험에서 측정하기편리하다는점이있다. 하지만, 액체의부피는온도에의해변 하므로온도가변하는실험에서는몰농도를사용할수없으며, 용매의 질량을구하기위해서는수용액의밀도를알아야한다는단점을가지고 있다. 용질의몰수 M mol L 용액의부피 L 3. 몰랄농도 (m, molality) 용매 1000g (1kg) 에녹아있는용질의몰수로나타내는농도이다. 몰랄농도는용액의질량을이용하여농도를나타내므로온도의영향을받지않아, 가열이나냉각이일어나는실험을할때에유용하게사용이된다. 하지만, 용액의질량으로농도를나타내므로그측정이부피를사용하는몰농도에비해어렵고, 역시용액의밀도를알아야몰농도로환산할수있다는단점을가지고있다. 용질의몰수 용매의질량
NaCl 1M 농도표준용액만들기 1. 비이커에 NaCl 넣고저울로 58.44g을잰다. 2. 비이커의 1/2 정도물을넣어서녹인다. 3. 깔때기를이용하여메스플라스크에옮겨넣는다. 4. 비이커를깨끗한물로씻어메스플라스크에넣는다. 5. 메스플라스크벽과깔때기에묻어있는 NaCl용액을세척병으로씻는다. 6. 80% 정도물이채워졌으면흔들어잘섞는다. 7. 물을채워서눈금선에일치시킨다. 4. 몰분율두가지성분이상으로이루어진혼합용액에서특정성분이전체에서차지하는몰수의비율을나타낸값이다. 일반적으로두가지성분으로이루어진용액에서두성분의몰수가각각 n 1, n 2 라고할때, 그몰분율 는다음과같으며그합은항상 1이된다. 몰분율의사용일반적으로용매와용질을구분하기어려운용액에서몰분율을사용하여농도를나타냅니다.
5. 혼합용액의농도 1) 농도의희석농도를아는용액에용매를가하여희석할때에는사용한진한용액에포함된용질의몰수와희석된후용질의몰수가같다는사실을이용하여계산한다. 예 ) 12.0M 의진한염산을희석하여 1.5M 의묽은염산 1L 를만들때필 요한진한염산의부피는 M V M V 이므로 12.0M =1.5M 1.0L M L V M L 이다. 그러므로물을반쯤넣은 1L 들이부피플라스크에 0.125L 의진한염산 을천천히흔들면서가한후에부피플라스크의표선까지증류수를채워 넣으면 1.5M 의묽은염산이 1L 만들어진다. 2) 혼합용액의농도 농도가다른두용액을혼합하면용질의전체몰수는변하지않고, 농도 와부피만변한다는사실을이용하여계산한다. 예 ) 0.1M 의 A 용액 2L 와 0.2M 의 A 용액 3L 를혼합하면 용질의전체몰수 = 0.1M 2L + 0.2M 3L = 0.8 mol 이며 전체부피 = 2L + 3L = 5L 이다. 그러므로혼합용액의농도는 = 0.16M 이된다.
6. 농도의환산 1) % 농도와몰농도 농도가 a%, 비중 ( 밀도 ) 이 g/cm 3, 용질의분자량이 M t 인용액의몰농도 (M) 는다음과같이구한다. 가 ) 용액의부피가 1L 라한다면 나 ) 용액의질량 (g) = 부피 밀도 = 1000mL d g/cm 3 = 1000 d g 농도다 ) 용질의질량 (g) = 용액의질량 = ㆍ 라 ) 용액의몰농도 : M = ㆍ (V = 용액의 부피 ) 2) 몰농도와몰랄농도 농도가 M 몰 /L, 밀도가 d g/cm 3, 용질의분자량이 M t 인용액의몰랄농 도 (m) 는다음과같이구한다. 가 ) 용액의부피가 1L 라하면 나 ) 용액의질량 (g) = 부피 밀도 = 1000(mL) d(g/cm 3 ) = 1000d(g) 다 ) 용질의질량 (g) = M ㆍ V ㆍ M t = M ㆍ M t ( V=1) 라 ) 용매의질량 (kg) W = 1000d - M ㆍ M t (g) 마 ) 용액의몰랄농도 ㆍ m = ㆍ ㆍ = ㆍ (V= 용매의부피 )
2) 연습문제 1. zb1) 에서염화나트륨포화용액 중에염화나트륨이 녹아있다. 이온도에서이물질의용해도는? 1 2 3 4 5 2. zb 의질산나트륨포화수용액 을 로냉각시켰을때석출되는질 산나트륨의질량은몇 인가? ( 질산나트륨의용해도는 에서 이고 에서는 이다.) 1 2 3 4 5 3. 3) 질산나트륨의용해도가 에서 이고, 에서 이다. 에서 포화용액 을 로냉각시켰다. 이때석출되는물질의질량은몇 인 가? 1 2 3 4 5 4. 4) 의 포화용액 이있다. 이용액의온도를그대로유지시키 면서증발시켜용액이 으로되었을때, 몇 이석출되었겠는 가? ( 단, 에서 의용해도는 이다.) 1 2 3 4 5 5. 5) 비중이 인 황산용액의몰농도 는약얼마인가? ( 단, H SO 의 분자량은 98 이다.) 1 2 3 4 5
6) 7) 8) 6. zb 용액의밀도는 에서 이다. 이용액의몰농도를 구하여라. ( 단, 의원자량은 23 이다.) 1 2 3 4 5 7. zb 에서황산암모늄 의용해도는 이다. 이온도에서황산 암모늄포화용액의몰랄농도는? ( 단, 황산암모늄 NH SO 의화학식량은 이다.) 1 2 3 4 5 8. zb 요소 수용액은몇몰랄농도인가? ( 단, 원자량은 H, C, N, O 이다 1 2 3 4 5
1. 증기압력내림순수한용매에비휘발성인용질 ( 고체 ) 을녹인용액의증기압력은순수용매의증기압력보다낮아집니다. 이는 1 용매입자와용질입자사이에서인력이작용하고, 2 용질분자가기체와접한용액표면을가려서용매분자가기화되는것을방해하는효과가생기기때문입니다. 용액의총괄성순수한용매의성질은전해질혹은비전해질용질이녹아있는용액의성질과많은차이가있습니다. 묽은용액의성질중에서용질의종류와는무관하고, 용질의입자의수에만관계있는성질이있는데이들성질을용액의총괄성 (colligative property) 이라고합니다. 이상용액라울의법칙을만족시키는용액을이상용액 (ideal solution) 이라고한다. 이상용액이란용매와용질의분자구조가비슷하여혼합시혼합열과부피의변화가없는용액을말합니다.
2. 라울의법칙 (Rault's law, 1886년, 프랑스 ) 비휘발성이고비전해질인용질 A가녹아있는묽은용액의경우, 용액의증기압력내림은용질의종류에관계없이용질의몰분율에비례한다. (x A : 용질 A의몰분율, P 0 : 순수용매의증기압력 ) 오른쪽증기압력곡선에서용액의증기압력곡선은순수한용매의증기압력곡선이아래쪽으로이동한곳에그려집니다. 즉, 같은온도에서용액의증기압력은용매의증기압력보다낮아지게된다. 반면, 휘발성용질 ( 액체 ) 이녹아있는경우에는라울의법칙과는달리, 각액체의부분압력의합으로혼합용액의전체압력을나타낸다. 혼합용액의전체압력 3. 용액의끓는점오름용액은순수한용매보다증기압력이떨어지므로, 용액의끓는점은용매의끓는점보다높아지게되는데, 이것을용액의끓는점오름이라고합니다. 4. 용액의어는점내림용액은순수한용매보다증기압력이낮으므로용액의어는점이용매의어는점보다낮아지게되는데이런현상을용액의어는점내림이라고합니다. 끓는점오름과어는점내림비휘발성이고비전해질인용질이녹아있는묽은용액의경우, 용액의끓는점오름과어는점내림은용질의종류에관계없이용액의몰랄농도에비례한다. ( : 몰랄오름상수 ) ( : 몰랄내림상수 ) 이때몰랄오름상수 ( ) 와몰랄내림상수 ( ) 는용질의종류와는관계없이용매의종류에따라정해지는고유값이다. 용매 물 0.52 1.86 벤젠 2.57 5.12
5. 전해질용액의끓는점오름과어는점내림 용질이전해질이면용액에서이온화하여입자의수가증가하기때문에, 비전해질용액보다끓는점오름과녹는점내림의폭이커진다. 전해질이완전히이온화된다고가정했을때염화칼슘과설탕의끓는점 오름과어는점내림은이온화되는입자수에따라달라져 CaCl 몰 Ca 몰 Cl 몰 몰의효과 설탕 C H O 몰 m 설탕용액 몰의효과 를갖게된다. 6. 삼투현상 (osmosis) 과삼투압 1) 삼투현상반투막을사이에두고순수한물과용액을격리시켰을때막을통하여물이용액쪽으로이동하여시간이지남에따라평형상태에이르게되는현상 2) 삼투압물쪽에서용액쪽으로침투하는물분자의압력과용액쪽에서물쪽으로침투하는물분자의압력이평형을이루었을때, 이때의압력을용액의삼투압이라고한다. 3) 반트호프의법칙 (Van't Hoff's law, 삼투압법칙, 1855년 ) 비전해질이녹아있는묽은용액의삼투압은용액의몰농도와절대온도에비례하며, 용매나용질의종류와는무관하다. (C : 용액의몰농도, R : 기체상수, T : 절대온도 ) 또한, 이므로, 위식은다음과같이나타낼수있다. 반투막용액의용질분자는통과시키지않으나용매분자만을선택적으로통과시키는성질의막을반투막 (semi permeable membrane) 이라고한다. 셀로판지, 세포막, 계란속껍질등이대표적인반투막이다. π 위의식을분자량 M에대하여풀어보면, 분자량이매우큰고분자화합물의분자량측정에쓰일수있으며, 이식은이상기체의상태방정식과매우유사한것을알수있다. 역시전해질용액의삼투압이비전해질용액의경우보다더높은삼투압을나타내게된다.
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