몰 농도

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Chapter 13
분자 수준에서의 혼합물:
용액의 성질
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13.1 분자간 힘과 용액의 형성

용액은 왜 형성되는가?
용액을 형성시키는 두 가지 힘
1) 엔트로피/무질서
2) 분자간 힘
1) 기체 분자와 자발적인 섞임
-
엔트로피: 계는 확률이 높은 상태로 이동하려고 한다.
-
분자간 인력은 무시할 만 하다.
2) 액체와 액체의 용해
-
엔트로피: 유발력 중에 하나
-
분자간 인력이 매우 중요 하다.

‘비슷한 것끼리 녹인다.’
극성 용매는 극성인 이온 결합 화합물을 잘 녹이며,
비극성 용매는 비극성 화합물을 잘 녹인다.
그림 13.2 에탄올
수용액에서 수소 결합
3) 액체에서 고체의 용해도
용질이 고체인 경우: 기본 원리는 동일
예) 염화 나트륨 (NaCl)
강한 물과 이온의 이온-쌍극자 힘에
의해 이온들이 물에 녹음
극성 분자의 수화
이온의 수화
※ 분자 관점에서의 용해 과정
1) 만일 용질-용매간의 인력이 용매-용매, 용질-용질간 인력보다
강하면 발열(ΔH용해<0)이고 반대로 약하면 흡열(ΔH용해>0)이다.
2) 용해도는 특정한 온도에서 용매에 용해될 수 있는 용질의 양으로
나타내며, 유사한 형태와 분자간의 힘을 가진 두 물질은 잘 녹고
(예: 비극성용질은 비극성용매, 극성용질은 극성용매에 잘 녹는다.)
이온결합 화합물들은 물과 같은 극성용매에 잘 녹는다.
3) 용매화란 이온 또는 분자가 용매분자에 의해 특정한 형태로
둘러싸이게 되는 과정을 말하며 용매가 물일 때의 과정을
수화라고 한다.
13.2 용해열
몰 당 용해 엔탈피 (H용해) - 용해열
일정 압력에서 1 몰의 용질이 용매에 녹아
용액을 형성할 때 교환되는 엔탈피의 양

H용해 > 0 (양수)


흡열 반응 (계의 퍼텐셜 에너지 증가)
H용해 < 0 (음수)

발열 반응 (계의 퍼텐셜 에너지 감소)
Η용해 = 0일 때,
이러한 용액을 이상 용액(ideal solution)이라고 한다.
용액이 다른 용액에 용해되는 과정 (이상 용액)
13.3 온도의 함수로서의 용해도

용해도는 온도가 증
가함에 따라 감소하
거나 증가할 수 있다.

온도가 끼치는 영향
은 용질과 용매에 따
라 다르다.

대부분의 기체는 물
의 온도가 증가하면
잘 녹지 않지만, 고체
는 더 잘 녹는다.
13.4 Henry의 법칙


압력-용해도 법칙
“주어진 온도에서 액체 속 기체의 농도는 액체에
가한 기체의 부분압력에 비례한다.”
C기체 = kH P기체 (T: 일정)
C기체 = 기체의 농도
P기체 = 기체의 부분 압력
kH = Henry 법칙의 상수
13.5 온도에 무관한 농도 단위
농도의 정의: 주어진 특정 양의 용액에 녹아 있는 용질의 양
농도 단위의 유형: 질량백분율, 몰 농도, 몰랄 농도
1) 질량백분율
용질의 질량 X 100%
용액의 질량
예제 13.2) 바닷물은 전형적으로 3.5%의 소금이 포함되어 있고, 밀
도는 약 1.03 g/mL이다. 62.5 L의 수족관을 완전히 채울 바닷물
용액을 만들려고 한다. 몇 g의 소금이 필요한가 ?
3.5 % 소금 ⇒ 1000 g의 수용액 속에 35 g의 소금
밀도 1.03 g/mL ⇒ 수용액 1 L의 질량이 1030 g = 1.03 kg
바닷물 1 L를 만들기 위해서는 35 x 1.03 = 36.05 g 소금 필요
바닷물 62.5 L를 만들기 위해서는 36.05 x 62.5 =2.3 kg 소금 필요
풀이 :
2) 몰랄 농도 (단위,  = mol/kg)
용질의 몰 수
X 100%
용매의 질량(kg)
예제 13.3) 염화소듐 0.150  수용액을 만드는 실험이 있다. 이
몰랄 농도를 가진 용액을 만들려면 물 500.0 g에 몇 g의 NaCl을
용해시켜야 하는가? (NaCl의 몰 질량 = 58.44 g/mol)
풀이 :
NaCl 0.150  ⇒ 물 1 kg 속에 NaCl 0.15 mol
즉 0.15 mol x 58.44 g/mol = 8.766 g NaCl 이 녹아 있다.
따라서 물 500.0 g 속에 4.38 g NaCl 용해
3) 몰 분율과 몰 백분율
X용질 = 용질의 몰수/ 총 몰수
몰 백분율 = X용질 x 100 (%)
4) 농도 단위 사이의 변환
예제 13.4) 질량 백분율이 35.4 % 인산(H3PO4, 몰 질량 98.00g)
수용액의 몰랄 농도를 계산하여라.
풀이 : 용액1000 g속에 용질(인산) 354 g 존재
용매(물)의 질량 = 1000 g – 354 g = 646 g
용질의 몰 수= 354 g x (1 mol/ 98.00 g) = 3.61 mol
용액의 몰랄 농도 = 3.61 mol / 0.646 kg
= 5.59 mol/kg = 5.59 m
13.6 온도에 따라 변하는 농도 단위
몰 농도(M) =
용질의 몰 수(mol)
용액의 부피 (L)
예제 13.5) 구입한 진한 염산(HCl)의 농도는 36.0 %이었다. 그리
고 이 용액의 밀도는 1.19 g/mL이다. 염산의 몰 농도를 계산하시오.
풀이 : 용액1000 g속에 용질(염산) 360 g 존재
용액의 부피 = 1000 g / 1.19 (g/mL) =840.3 mL
용질의 몰 수= 360 g x (1 mol/ 36.46 g) = 9.88 mol
용액의 몰 농도 = 9.88 mol / 0.840 L
= 11.75 mol/L = 11.8 M HCl
13.7 총괄성
용질의 종류에 상관없이 양(개수)에 의해서 용매의 성질이 결정됨
1) Raoult의 법칙과 비휘발성 용질
P용액 = X용매
증기압 내림
P◦
용매
P◦ :
순수한 용매의 증기압력
2) Raoult의 법칙과 두 휘발성 용질
P용액 = XA P◦A + XB P◦B
3) 어는점 내림과 끓는점 오름
ΔTf = Kf m
Kf :
어는점 내림 상수
m : 용액의 몰랄 농도
ΔTb = Kb m
Kb :
끓는점 오름 상수
4) 삼투 현상
ΠV = nRT
삼투 압력에 대한 van’t Hoff 식
Π : 삼투 압력

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