Chapter 13. 용액의 물리적 성질 울산대학교 화학과 정 한 모

• 용매 : 용액 구성 성분 중 용액의 상태와 동일한 것 • 용액의 상태와 동일한 구성 성분이 둘 이상 있는 경우 1. 용액 설탕(용질) = C12H22O11 물(용매) = H2O 설탕물 (용액) • 용매 : 용액 구성 성분 중 용액의 상태와 동일한 것 • 용액의 상태와 동일한 구성 성분이 둘 이상 있는 경우 : 양이 많은 것이 용매 (물은 예외)

• 용액의 종류 • 이 장에서는 액체 용액(특히 용매가 물인)을 주로 다룸

“비슷한 것은 비슷한 것을 녹인다” “like dissolves like” • 극성 분자 물 메탄올 2. 용액이 만들어지기 위해서는? “비슷한 것은 비슷한 것을 녹인다” “like dissolves like” • 극성 분자 물   δ+ δ-   δ+ δ- 메탄올   δ+ δ- 물-메탄올은 잘 섞여 용액을 만듬.

그림 13.3 수중 이온성 고체의 용해 (수화된 이온들). • 이온성 고체의 수용액 각각의 이온이 분리되고 수화되어 녹아 들어감 그림 13.3 수중 이온성 고체의 용해 (수화된 이온들).

• 비극성 분자 사염화 탄소 µ = 0 D 벤젠 µ = 0 D 사염화 탄소와 벤젠은 잘 섞임

3. 농도 1) 질량 백분율 2) 몰 농도 2) 몰랄농도 용질의 질량 용질의 질량 백분율(%) = x 100% 3. 농도 1) 질량 백분율 용질의 질량 백분율(%) = x 100% 용질의 질량 용질의 질량 + 용매의 질량 = 용액의 질량 2) 몰 농도 용질의 몰수 (mol) 몰농도 = 용액의 부피(L) 2) 몰랄농도 용질의 몰수 (mol) 몰랄농도 = 용매의 질량(kg)

• 0.396 m 포도당 (C6H12O6) 수용액의 몰 농도는? (이 수용액의 밀도 : 1.16 g/mL) · 물 : 1000 g · 포도당 : 0.396 mol ⅹ 180.2 g 1mol = 71 g 용액의 부피 : 1071 g 1.16 g/mL = 923 mL ∴ 몰 농도 : 0.396 mol 0.923 L = 0.429 mol/L (or M)

100℃, 100 g 물 물 56.7 g 100℃ 100.0 g (100.0 – 56.7) g 4. 용해도 K+ + Cl- 4. 용해도 100℃, 100 g 물 물 K+ + Cl- K+ + Cl- 56.7 g 100℃ K+ Cl- K+ Cl- 100.0 g (100.0 – 56.7) g • 녹아 있는 총량은 변하지 않으나 이온들의 교환은 계속 일어남 • 동적평형을 이루고 있는 용액은 포화용액이라고 함 • 만약 10.0 g KCl 사용 불포화 용액

· 대부분의 경우 온도가 증가하면 용해도가 증가함 (아닌 경우도 있음) 1) 온도의 영향 • 고체 · 대부분의 경우 온도가 증가하면 용해도가 증가함 (아닌 경우도 있음) 그림 13.3 • 물에서 몇 가지 이온성 화합물에 대한 용해도의 온도 의존성.

• 기체 온도↑ ⇒ 용해도↓ 그림 13.4 • 물에 녹아 있는 O2 기체 용해도의 온도 의존성. 용해도는 • 기체 온도↑ ⇒ 용해도↓ 그림 13.4 • 물에 녹아 있는 O2 기체 용해도의 온도 의존성. 용해도는 온도가 증가함에 따라 감소한다. 용액 위 기체 압력은 1 atm이다.

(a) (b) 2) 기체의 용해도에 미치는 압력의 영향 • 헨리의 법칙 : c = k P 압력 용해도 2) 기체의 용해도에 미치는 압력의 영향 (a) (b) 그림 13.5 • 헨리의 법칙에 대한 분자 수준의 해석. 용액 위 기체의 부분 압력이 (a)에서 (b)로 증가할 때, 녹아있는 기체의 농도도 식 (13.5)에 따라 증가한다. • 헨리의 법칙 : c = k P 용해도 압력 청량음료의 거품. 병을 흔든 후 열면 더 급격한 CO2의 분출을 볼 수 있다.

실전 연습 부분 압력이 0. 22 atm이고 온도가 25℃일 때, 물 속에서 산소의 몰농도를 계산하시오 실전 연습 부분 압력이 0.22 atm이고 온도가 25℃일 때, 물 속에서 산소의 몰농도를 계산하시오. 산소의 헨리 법칙 상수는 1.3 ⅹ 10-3 mol/L · atm이다. c = 1.3 ⅹ 10-3 mol/L · atm ⅹ 0.22 atm = 2.86 ⅹ 10-4 mol/L ⅹ 32ⅹ103 mg 1 mol = 9.2 mg/L (≒ 10 mg/L) 어항 이야기 적조 이야기

용질(설탕) 순수한 용매 (물) 5. 용액의 성질 : 총괄성 증기압 강하 끓는점 오름 어는점 내림 삼투압 증가 5. 용액의 성질 : 총괄성 용질(설탕) 증기압 강하 끓는점 오름 어는점 내림 삼투압 증가 순수한 용매 (물) 변화 정도가 용질의 종류에 무관하고, 용질의 개수에만 의존 (분자, 이온 등 형태와 무관) 설탕 vs 메탄올 C12H22O11 CH3OH 1mol 342g 32g

1) 증기압 내림 : 라울의 법칙 용액의 증기압 용매의 증기압 용매의 몰분율 그림 13.21 증기압 내림.

Δ Tf = Kf · m · i m : 몰랄 농도 Kf : 몰랄 어는점 내림 상수 (용질의 종류에 무관, 용매에 의해 결정) 2) 어는점 내림 Δ Tf = Kf · m · i m : 몰랄 농도 Kf : 몰랄 어는점 내림 상수 (용질의 종류에 무관, 용매에 의해 결정) i : 반트호프 인자

그림 13.11 • 용액에서의 (a) 자유이온, (b) 이온쌍. 이와 같은 이온쌍은 알짜전하가 없어서 용액에서 전기를 전도할 수 없다.

추운 지방에서는 겨울에 부동액을 자동차의 라디에이터에 주입해야 한다.

Δ Tb = Kb · m · i Kb : 몰랄 끓는점 오름 상수 • 1.00 m 수용액 ( i=1 ) 3) 끓는점 오름 Δ Tb = Kb · m · i Kb : 몰랄 끓는점 오름 상수 • 1.00 m 수용액 ( i=1 ) Δ Tb = Kb · m · i = 0.52 ℃/m ⅹ 1 m ⅹ 1 = 0.52℃ ∴ 끓는점 : 100℃ + 0.52℃ = 100.52℃ 예제 13.7 아래 부분

π = M · R · T · i 삼투압 몰농도 (mol/L) 온도(K) 반트호프 인자 4) 삼투압 그림 13.8 • 삼투압. (a) 초기에 순수한 용매(왼쪽)와 용액(오른쪽)의 수면 높이가 같다. (b) 삼투현상이 일어나는 동안 용매가 왼쪽에서 오른쪽으로 흘러나가 용액 쪽의 수면이 높아진다. 삼투압은 평형 상태에서 오른쪽 관에 있는 액체에 의해 작용되는 수압과 같다. 기본적으로 오른쪽에 있는 용액보다 묽은 용액에 의해 순수한 용매가 대치될 때 동일한 효과가 일어난다. π = M · R · T · i 삼투압 몰농도 (mol/L) 온도(K) 반트호프 인자 기체상수 : 0.0821 L·atm/mol·K

(a) (b) (c) 그림 13.10 • (a) 등장액, (b) 저장액, (c) 고장액에 들어 있는 세포. (a)에서는 변화가 없고, (b)에서는 부풀며, (c)에서는 쪼그라든다. (d) 왼쪽에서 오른쪽으로 각각 등장액, 저장액, 고장액에 있는 적혈구 세포.

5) 총괄성을 이용한 몰질량 측정

Report : 실전 연습 모두 (13.5는 이미 풀었음) 헤모글로빈의 구조의 리본 형태. 산소 분자가 결합하는 각 분자에는 4개의 헴(heme)기가 있다. Report : 실전 연습 모두 (13.5는 이미 풀었음)