5장 용액의 성질 용액(solution)과 용해 용해도에 영향을 미치는 요인 용액의 농도 용액의 총괄성

용액(solution): 둘 이상의 물질이 하나의 상을 이루는 균일한 혼합물 용매(solvent): 용액에서 가장 많이 존재하는 성분 용질(solute): 용액에서 적은 성분 총괄성(colligative property): 용액의 종류가 아니라 용매 분자당 용 질 입자의 수에만 의존하는 성질

수화 (hydration)

왜 에탄올은 물에 잘 녹을까? 소주 = 에탄올 + 물 물분자와 유사한 극성 O-H 결합을 갖는다. 물분자와의 에탄올 분자의 상호작용 비슷한 것은 비슷한 것을 녹인다.

용해도에 영향을 미치는 요인 용매와 용질의 상호작용(구조의 영향) 분자의 구조 (혹은 모양)  분자의 극성  구조와 용해도는 관련 예) 지용성 비타민 : A, D, E, K 수용성 비타민 : B, C

온도의 영향 일정한 압력에서 기체의 물에 대한 용해도 고체의 물에 대한 용해도

Cg = kPg Cg = 용액에 녹아있는 기체의 몰농도 Pg = 기체의 분압 k = 상수 압력의 영향 Henry’s Law 고체와 액체의 용해도는 압력에 거의 무관 기체의 용해도는 압력에 비례 Cg = kPg Cg = 용액에 녹아있는 기체의 몰농도 Pg = 기체의 분압 k = 상수 Henry’s Law

표준용액(standard solution); 농도를 정확히 알고 있는 용액 표준 용액을 만드는 과정 1. 무게를 단 물질(용질)을 부피 플라스크에 넣은 후, 소량의 물을 가한다. 2. 플라스크를 조심스럽게 돌리면서 흔들어 고체를 물에 녹인다. 3. 보다 많은 양의 물을 플라스크의 목 부분에 나타낸 표시선까지 넣는다.

Molarity 몰농도 (M) = 용액 1L 부피에 들어있는 용질의 몰수

몰농도 계산 문제 11.5g의 고체 수산화소듐을 물에 녹여 1.50L의 용액을 만들었을 때, 이 용액의 몰농도는? NaOH의 몰질량(40.0g/mol) 11.5g NaOH X (1molNaOH/40.00g NaOH) = 0.288 mol NaOH 몰농도 = 용질의 몰수/ 용액의 L수

몰농도가 알려진 용액의 일정 부피 속에 존재하는 용질의 몰수 구하기 용액의 리터 X 몰농도 = 용액의 리터 X (용질의 몰수/용액의 리터) = 용질의 몰수 예제: 1.0 X 10-3 M의 ZnCl2 1.75L에 녹아있는 Cl-의 몰수는 얼마인가? ZnCl2(s)  Zn2+(aq) + 2Cl-(aq) H2O

묽힘(dilution) 진한 형태로 된 용액을 물을 첨가하여 원하는 몰농도의 용액으로 만드는 과정 묽힘 후의 용질의 몰수 = 묽힘 전의 용질의 몰수 예제) 17.4 M의 아세트산(HC2H3O2) 저장 용액으로부터 1.00M의 아세트산 500mL를 얻으려면, 필요한 저장 용액의 부피는? 주의!! 산을 묽힐 때는 반드시 물에 산을 넣어야 한다.

묽힘 관련 계산문제시 주의사항 물에 의한 묽힘은 용질의 몰수를 변화시키지 않는다. M1V1 = M2V2 M1 X V1 = 묽힘 전의 용질의 몰수 = 묽힘 후의 용질의 몰수 = M2 X V2

몰랄농도 m(molality): 용매 1000g(1 kg) 중에 녹아있는 용질의 몰수

몰분율(mole fraction): 특정한 성분의 몰수를 용액의 총몰수로 나눈 값. 전체합은 1. 단위가 없다.   X1 = 성분1의 몰수/용액 전체의 몰수 = n1/(n1 + n2) X2 = 성분2의 몰수/용액 전체의 몰수 = n2/(n1 + n2) X1 + X2 + X3 + … + Xi = 1 

예제) 메탄올(CH3OH) 0. 6 mol과 에탄올(CH3CH2OH) 0 예제) 메탄올(CH3OH) 0.6 mol과 에탄올(CH3CH2OH) 0.4 mol 이 혼합된 용액의 각각의 몰분율과 몰분율의 합을 구하라. XMeOH = 0.6 mol/(0.6 mol + 0.4 mol) = 0.6  XEtOH   = 0.4 mol/(0.6 mol + 0.4 mol) = 0.4     XMeOH + XEtOH = 0.6 + 0.4 = 1.0

용액과 크기성질 증기압내림 라울의 법칙 P1 = X1P01 총괄성은 용매 입자에 대한 용질의 상대적인 수에 의존. (용질의 종류에 무관) 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압이 있다. 증기압내림 라울의 법칙 P1 = X1P01  (P1은 용매분압; P01 은 순수한 용매의 증기압; X1은 용액내 용매의 몰분율)

끓는 점 오름과 어는 점 내림 ΔTb = 용액 끓는 점 - 순수용매 끓는 점 (Tb -Tb0) ΔTf = 용액 어는 점 - 순수용매 어는 점 (Tf -Tf0) ΔTb 는 증기압감소에 비레한다. 따라서 용액의 농도(몰랄농도)에도 비례한다.(증기압내림 참조). 이와같은 사실을 식으로 나타내면, ΔTb = Kb x m Kb 는 몰랄 끓는점 상수(molal boiling constant), 단위는℃/m          m = 몰랄농도 ΔTf = Kf x m

삼투압 π = MRT = nRT/V (R 은 기체상수, 0.0821 L·atm/(mol·K; T는 절대온도) 삼투(osmosis): 반투막을 통해 용질의 농도가 낮은 쪽으로부터 용질의 농도가 높은 쪽으로 용매 분자가 이동하는 현상 π = MRT = nRT/V  (R 은 기체상수, 0.0821 L·atm/(mol·K; T는 절대온도)

전해질의 총괄성 ΔTb = iKb x m     ΔTf = iKf x m         π = iMRT i 반트호프(van't Hoff factor) i = 전해질 1몰에 들어 있는 이온의 몰수 모든 비전해질의 i는 1 NaCl, MgSO4는 2 , CaCl2, Na2SO4는 3