용액의 물리적 성질 12.1 용액의 종류 12.2 용해 과정의 분자적 관찰 12.3 농도 단위

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1 용액의 물리적 성질 12.1 용액의 종류 12.2 용해 과정의 분자적 관찰 12.3 농도 단위
용액의 종류 용해 과정의 분자적 관찰 농도 단위 용해도에 미치는 온도의 영향 기체의 용해도에 미치는 압력의 영향 비전해질 용액의 총괄성 전해질 용액의 종괄성 콜로이드 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc.  Permission required for reproduction or display.

2 12.1 용액의 종류 용액(solution) : 둘 이상의 물질의 균일 혼합물
용질(solute) : 상대적으로 더 적은 양의 물질 용매(solvent) : 상대적으로 더 많은 양의 물질

3 포화, 불포화, 과포화 용액 포화 용액(saturated solution) : 주어진 온도에서 주어진 용액 내에 최대의 용질이 포함되어 있는 용액 불포화 용액(unsaturated solution) : 용액이 녹일 수 있는 한계보다 적은 양의 용질을 포함하는 용액 과포화 용액(supersaturated solution) : 포화 용액에 존재하는 용질보다 더 많은 양의 용질을 함유하는 용액 과포화된 아세트산 소듐 용액에 작은 결정씨 (왼쪽)를 넣으면 아세트산 소듐 결정이 신속하게 형성된다. 3

4 12.2 용해 과정의 분자적 관찰 용액 내에서 3가지 형태의 상호작용: 용매-용매 상호작용 용질-용질 상호작용
용매-용질 상호작용 용해 과정의 분자적 관점 DH용해 = DH1 + DH2 + DH3

5 “Like dissolves like” 분자간 인력의 유형과 크기가 비슷한 두 물질은 서로를 잘 녹인다.
분자간 인력의 유형과 크기가 비슷한 두 물질은 서로를 잘 녹인다. 비극성 분자는 비극성 용매에 녹는다. CCl4 in C6H6 극성 분자는 극성 분자에 녹는다. C2H5OH in H2O 이온 화합물은 극성 용매에 더 잘 녹는다. NaCl in H2O or NH3 (l) 5

6 농도 단위 농도(concentration) : 일정량의 용액에 존재하는 용질의 양 질량 백분율(Percent by Mass)
용질의 질량 질량 백분율 = x 100% 용질의 질량 + 용매의 질량 용질의 질량 = x 100% 용액의 질량 몰분율(Mole Fraction, X) A의 몰수 XA = 모든 성분의 몰수 합 6

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8 농도 단위 몰농도(Molarity, M) 용질의 몰수 M = 용액의 부피(L) 몰랄농도(Molality, m) 용질의 몰수
용매의 질량(kg) 8

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10 12.3 용해도에 미치는 온도의 영향 고체의 용해도와 온도 ① ② ③ ④ ⑤ ⑦ ⑥ ⑧ 물에 녹은 몇 가지 이온 화합물의
용해도에 대한 온도 의존성 ① ② 온도 용해도 예 증가 ① ~ ⑥ 감소 ⑦, ⑧ ③ 용해도 (g 용질/100 g H2O) ④ ⑤ ⑦ ⑥ ⑧ 온도 (oC)

11 분별 결정 분별 결정(Fractional crystallization):
용해도의 차이를 이용하여 혼합물로부터 순수한 물질을 분리하는 것 90 g KNO3와 10 g NaCl이 혼합되어 있다고 가정 분별 결정 : 시료를 600C 물 100mL에 녹인다. 용액을 00C로 냉각한다. NaCL은 용액 속에 모두 남아있다 (s = 34.2g/100g) 순수한 KNO3 78 g이 침전 (s = 12 g/100g). 90 g – 12 g = 78 g 11

12 온도와 용해도 O2 기체의 용해도와 온도 온도 증가  용해도 증가 O2 기체의 물에 대한 용해도의 온도 의존성. 12

13 12.5 기체의 용해도에 미치는 압력의 영향 c = kP 액체 내 기체의 용해도는 용액 위 기체의 압력에 비례한다.
 Henry의 법칙 c : 용해된 기체의 몰농도(M) c = kP P : 용액 위 기체의 압력 k : 주어진 기체에 대해 온도에만 의존하는 상수 (mol/L•atm) 압력 증가 용해도 증가

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15 생활속의 화학 죽음의 호수 1986. 8. 21 카메룬의 니오스 호수에서 CO2 구름 분출 1700 명 질식사 이유?  지진
 산사태  강한 바람 니오스 (Nyos) 호수

16 12.6 비전해질 용액의 총괄성 총괄성(Colligative properties) : 용액 내에 있는 용질 입자의 본질에는 상관없이 용질 입자의 수에만 의존하는 성질 증기압 내림(Vapor-Pressure Lowering) Raoult의 법칙 Po1= 순수한 용매의 증기압 X1 = 용액 내 용매의 몰분율 용액이 한 종류의 용질만 포함한다면, X1 = 1 – X2 (X2 = 용질의 몰분율)

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19 벤젠과 톨루엔의 몰분율에 대한 부분 압력 의존성
벤젠-톨루엔 용액에서 벤젠과 톨루엔의 몰분율에 대한 부분 압력 의존성 PA = XA PoA PB = XB PoB 이상 용액 PTotal= PA + PB 또는 Ptotal = XAPoA + XBPoB 온도: 80oC X톨루엔 = 1 - X벤젠 19

20 비이상 용액 양의 편차: 음의 편차: Ptotal가 라울의 법칙에 의해서 예상된 값(검은 실선)보다 더 클 때
Force A-B Force A-A Force B-B Force A-B Force A-A Force B-B < & > & 20

21 분별 증류 21

22 끓는점 오름(Boiling-Point Elevation, DTb)
Tb > T b o DTb > 0 m : 용액의 몰랄농도 Kb : 몰랄 끓는점 오름상수 (0C/m) 22

23 어는점 내림(Freezing-Point Depression, DTf)
T f > Tf o DTf > 0 m : 용액의 몰랄농도 Kf : 몰랄 끓는점 오름상수 (0C/m) 23

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27 삼투압 (Osmotic Pressure, p)
삼투현상(Osmosis ) : 용매분자를 묽은 용액으로부터 진한 용액으로 다공성 막을 통해 선택적으로 이동시키는 현상 반투막(semipermeable membrane) : 용매의 이동은 가능하지만 용질의 이동은 불가능한 막 삼투압(Osmotic pressure, p) : 삼투현상을 멈추게 하는데 필요한 압력 삼투압 반투막 용질 분자 순수한 용매 용매 분자 용액 27

28 삼투압 (p) High P Low P M :용액의 몰농도 R : 기체상수 T : 절대온도(K) 용매의 알짜이동 시간 용매 용액
28 T : 절대온도(K)

29 용액 속의 세포 등장액 (Isotonic solution) 저장액 (Hypotonic solution)
고장액 (Hypertonic solution) 29

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31 비전해질 용액의 총괄성 P1 = X1 P 1 DTb = Kb m DTf = Kf m p = MRT
총괄성(Colligative properties) : 용액 내에 있는 용질 입자의 본질에는 상관없이 용질 입자의 수에만 의존하는 성질 증기압 내림(Vapor-Pressure Lowering) P1 = X1 P 1 o 끓는점 오름(Boiling-Point Elevation DTb = Kb m 어는점 내림(Freezing-Point Depression) DTf = Kf m p = MRT 삼투압(Osmotic Pressure, p) 31

32 전해질 용액의 총괄성 0.1 m NaCl 용액 0.1 m Na+ 이온 & 0.1 m Cl- 이온
0.1 m NaCl solution 0.2 m ions in solution 반트호프 인자 (van’t Hoff factor, i ) i 비전해질 1 NaCl 2 CaCl2 3 32

33 전해질 용액의 총괄성 Boiling-Point Elevation DTb = iKbm
Freezing-Point Depression DTf = iKfm Osmotic Pressure (p) p = iMRT 33

34 생활속의 화학 투석 콩팥의 기능 부전 투석을 통해 혈액을 정제해야 (혈액 투석, Hemodialysis) 혈액 내의
독성 물질을 걸러내고 환자의 혈류 안으로 정 제된 혈액을 공급 혈액 투석 중인 환자

35 콜로이드(colloid) : 한 물질의 입자가 다른 물질로 구성된 분산매 전체에 걸쳐 퍼져 있는 것 콜로이드와 용액
한 물질의 입자가 다른 물질로 구성된 분산매 전체에 걸쳐 퍼져 있는 것 콜로이드와 용액 콜로이드 입자는 용질 분자보다 훨씬 크다. 콜로이드 분산은 용액보다 균일성이 부족하다. 콜로이드는 틸들 현상(Tyndall effect)을 보인다. 35

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37 단백질같이 큰 분자의 표면에 있는 친수성 작용기는 물 속에서
친수성 콜로이드와 소수성 콜로이드 친수성(Hydrophilic) : 물을 좋아함 소수성(Hydrophobic) : 물을 싫어함 친수성 콜로이드의 안정화 소수성 콜로이드의 안정화 음이온이 표면에 흡착되면 같은 전하 사이의 반발력 때문에 입자가 뭉쳐지는 것이 방지된다. 단백질같이 큰 분자의 표면에 있는 친수성 작용기는 물 속에서 분자를 안정화 시킨다. 37

38 비누의 세척 작용 비누의 첨가 물 친수성 외피로 둘러 싸인 기름 방울 그리스 38