Transcript 몰 농도
Chapter 13 분자 수준에서의 혼합물: 용액의 성질 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. 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, 𝒎 = mol/kg) 용질의 몰 수 X 100% 용매의 질량(kg) 예제 13.3) 염화소듐 0.150 𝑚 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 𝒎 ⇒ 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