용액

2. 용액

(1) 용액의 뜻

용매와 용질의 균일한 혼합물. 용액=용매+용질

(2) 용액의 종류

상 태	보 기	성 분
기 체	공기	질소, 산소 등
기 체	수성가스	수소, 이산화탄소
액 체	바닷물	물, 소금, 염화나트륨 등
액 체	가솔린	여러 가지 탄화수소
고 체	놋쇠	구리, 아연
고 체	규소 강철	철, 규소, 탄소

[2] 고체의 용해도

1. 용해도의 뜻

어떤 온도에서 용매 100g에 용질이 녹아 포화 상태가 될 수 있는 용질의 질량

고체의 용해도는 대개 흡열 과정이므로 온도가 올라감에 따라 용해도도 증가한다. 용해될 때 출입되는 열량이 적을수록 용해도의 차가 적다. 온도에 따른 용해도의 변화를 나타낸 그림을 용해도 곡선이라 한다.

그림 12 온도에 따른 용해도 변화

2. 재결정

어떤 용질에 대하여 온도가 다르면 용해도가 달라지므로 온도에 따른 용해도의 차이를 이용하여 고체를 추출하는 것

원리 : 60℃에서 물 100g에 설탕이 200g 녹아 포화 용액이 되었다. 10℃에서의 설탕의 용해도가 50이라 할 때 이 용액을 10℃로 냉각시키면 10℃에서는 설탕이 50g밖에 녹을 수 없으므로 나머지 150g은 순수한 고체 설탕으로 되어 가라앉는다.

온도를 내리면 용해도가 감소하고 용해도 차만큼의 용질이 석출된다.

예제) 40℃ 포화 수용액 100g을 10℃로 냉각시키면 몇 g의 질산칼륨을 얻을 수 있는가? (단, 질산칼륨의 용해도는 40℃에서 64, 10℃에서 22이다.)

3. 염의 용해도

(1) 주로 가용성인 물질들

1) 질산염, 아세트산염, 알칼리 금속염은 모두 가용성

2) 황산염

불용성염 :

난용성염 :

가용성염 : 위의 염을 제외한 나머지

3) 염화물, 브롬화물, 요오드화물

불용성염 :

난용성염 : 는 찬물에서는 난용성이나 더운물에서는 잘 녹는다.

가용성염 : 불용성염을 제외한 나머지

(2) 주로 불용성인 물질들

1) 수산화물

가용성염 : 알칼리 금속, 의 수산화물

난용성염 :

불용성염 : 위의 염을 제외한 나머지

2) 탄산염, 인산염

알칼리 금속과 의 염을 제외한 나머지는 모두 불용성

3) 황화물

알칼리 금속, , 알칼리 토금속염을 제외한 나머지는 모두 불용성

[3] 기체의 용해도

1. 헨리의 법칙

일정한 온도에서 일정량의 액체에 녹는 기체의 질량은 기 기체의 압력에 비례한다.(단, 용매와 반응하는 기체, 용매에 매우 잘 녹는 기체는 제외한다.)

기체의 용해도는 여러 종류의 기체가 혼합되어 있을 경우 그 기체의 부분압력과 몰분율에 비례한다.

기체의 용해도는 발열과정이므로 온도가 높아지면 열을 흡수하게 되어 용해도가 감소한다.

일정한 온도에서 용매에 녹는 기체의 질량은 압력에 비례하나, 압력이 증가하면 밀도가 커지므로 녹는 기체의 부피는 일정하다.

2. 기체의 용해도와 온도, 압력과의 관계

그림 13 기체의 용해도와 온도, 압력

표 6 일정한 온도에서 일정량의 물에 녹는 기체의 질량과 부피
압력(atm)	1	2	n
녹는 질량(g)	w	2w	nw
녹는 부피(mL)	V	V	V

[4] 용액의 농도

1. 퍼센트 농도

용액 100g 중에 녹아 있는 용질의 질량

2. 몰농도

용액 1L 중에 녹아 있는 용질의 몰수

온도에 따라서 용액의 부피가 달라지므로 몰농도는 온도에 따라 농도가 달라진다.

몰농도를 이용한 분자량 및 질량의 계산

3. 몰랄 농도

용매 1Kg에 녹아 있는 용질의 몰수

4. 농도의 환산

(1) 용액의 농도를 변화시킬 때의 환산

어떤 용액에 물을 넣어 희석시키더라도 용질의 몰수는 변하지 않는다.

따라서 몰농도 에서 몰수 이므로

(2) 혼합 용액의 농도 변환

1) 농도가 다른 두 용액을 혼합할 경우

농도가 다른 두 용액을 혼합하여도 용질의 몰수는 변하지 않으므로

2) 산과 염기를 혼합할 경우

산과 염기를 혼합하면 반응이 일어나기 때문에 과 의 농도가 감소하므로 또는 의 농도는 다음과 같다.

는 산 또는 염기에 있는 또는 의 수이다.

(3) (%)농도를 M농도로 변환

몰농도란 용액 1L안에 녹아 있는 용질의 몰수이므로 밀도와 (%)농도를 이용하여 1L 속의 용질의 질량을 구하여 분자량으로 나누면 용질의 몰수가 나오고 그 몰수가 곧 몰농도이다.

(4) (%)농도를 농도로 변환

몰랄 농도란 용액 1Kg안에 녹아 있는 용질의 몰수이므로 (%)를 이용하여 1Kg 속의 용질의 질량을 구하여 분자량으로 나누면 몰수가 나오고 그 몰수가 몰랄 농도이다.

【6】 묽은 용액의 성질

[1] 묽은 용액의 총괄성

용질의 종류에 관계없이 녹아 있는 용질의 몰수와 용매의 종류 및 몰수에만 관계 있는 성질로 용질의 몰수에 비례한다.

총괄성에는 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압 등이 있다.

전해질의 경우

간은 농도의 비전해질 용액보다 입자수가 많아지므로 총관성의 효과도 이온화하여 생긴 이온의 수에 비례하여 증가하므로 이온수를 계산하여 그 수로 총괄성을 계산하여야 한다.

▷ 전해질의 이온수 계산

이온화도를 α라 하면

A. α=1일 때

그 물질의 몰수에 물질을 구성하고 있는 이온의 수를 곱해준다.

B. α≠1일 때

예를 들어 계산하면

[2] 라울의 법칙

1. 증기압 내림

용매에 비휘발성, 비활성 용질을 녹일 경우 그 용액에서 용매의 증기압은 순수한 용매의 증기압보다 용질의 몰수에 비례하여 감소한다.

그림 14 용액의 증기압 내림

용액의 증기압은 순수한 용매의 증기압보다 몰분율에 비례하여 낮다.

2. 끓는점 오름과 어는점 내림

용액의 끓는점은 순수한 용매의 끓는점보다 몰랄 농도에 비례하여 높아지고, 용액의 어는점은 순수한 용매의 어는점보다 몰랄 농도에 비례하여 낮아진다.

(1) 끓는점 오름

(2) 어는점 내림

는 용매의 특성으로 용매마다 고유한 값이 있다.

분자량 계산

따라서 어는점 내림일 경우

끓는점 오름일 경우

[3] 삼투 현상

1. 삼투 현상

농도가 다른 두 용액을 반투막으로 분리시켜 놓았을 때, 용매인 물분자가 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 침투해 들어가 두 용액의 농도가 비슷하게 되려는 현상을 삼투현상이라 한다. 이 때 농도가 큰 쪽의 수면이 올라가는데 수면이 올라가는 것을 막기 위해서는 압력을 가해주어야 한다. 이 압력을 삼투압이라 한다.

그림 15 삼투 현상과 삼투압

농도가 다른 두 믈질을 섞었을 때, 용매가 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동함으로써 생기는 압력을 삼투압이라 하며 몰농도에 비례하여 커진다

반투막 : 물, 염화나트륨과 같은 작은 입자는 통과시키나 설탕, 녹말과 같은 큰 입자는 통과시키지 않는 막.

예) 셀룰로스, 방광막, 원형질막

2. 삼투압의 계산

(1) 반트-호프법칙

(2) 삼투압을 이용한 분자량 계산

고분자 화합물의 분자량 측정에 주로 이용된다.

【7】 콜로이드의 성질

[1] 콜로이드 상태

1. 콜로이드의 뜻

입자가 보통의 용액(참용액)보다 크고, 쉽게 가라앉지 않고, 거름종이는 통과하나 반투막은 통과하지 못하는, 직경이 인 입자가 물 속에 분산되어 있는 상태

콜로이드 = 분산매 + 분산질

2. 콜로이드의 종류

표 7 여러 가지 콜로이드의 종류와 상태
종류	분산매	분산질	예
콜로이드	고체	고체 액체 기체	색유리, 루비 버터 숯, 실리카겔, 스펀지
졸	액체	고체 액체 기체	비눗물, 페인트, 잉크 마요네즈, 크림, 우유, 혈액 거품
겔	액체	고체	젤리, 한천, 두부
에어졸	기체	고체 액체	연기, 먼지 안개, 스프레이, 스모그

[2] 콜로이드의 성질

1. 투석(다이알리시스)

반투막을 이용하여 콜로이드 입자와 보통 용질을 입자의 크기를 이용하여 분리하는 것

보통의 용질 입자는 반투막을 통과하나 콜로이드 입자는 입자가 크기 때문에 반투막을 통과하지 못한다.

예) 아미노산 용액에서 전해질의 분리

녹말에서 소금의 분리

2. 틴들 현상

콜로이드 용액에 강한 빛을 비치면 빛이 지나가는 자리가 밝게 보이는 현상

참용액의 입자는 작기 때문에 빛의 진로가 보이지 않으나, 콜로이드 입자의 크기는 가시광선의 파장과 비슷하기 때문에 빛의 산란이 일어나 빛의 진로가 보인다.

한외 현미경 : 틴들 현상을 이용하여 입자의 운동 상태를 관찰하는 현미경

3. 브라운 운동

콜로이드 입자가 끓임 없이 불규칙적으로 움직이는 운동

콜로이드 입자는 분산매의 입자보다 훨씬 크기 때문에 콜로이드 입자에 분산매 입자의 불규칙적인 충돌이 일어나기 때문이다.

4. 전기 이동

콜로이드 용액에 전압을 걸어주면 콜로이드가 한쪽 전극으로 이동하는 현상

콜로이드는 입자가 전기를 띠고 있기 때문에 (+)콜로이드는 (-)극으로, (-)콜로이드는 (+)극으로 이동한다.

(+)콜로이드 : 금속수산화물의 콜로이드

(-)콜로이드 : 금, 은, 구리 등과 금속 황화물의 콜로이드

그림 16 전기 이동의 모형

콜로이드는 전기를 띠고 있어 (+)콜로이드는 (-)극으로, (-)콜로이드는 (+)으로 이동한다.

전기이동의 응용 : 공장 매연 집진기

5. 흡착

고체의 표면에서 액체나 기체의 농도가 증가하는 현상

콜로이드는 질량에 비해 표면적이 대단히 크기 때문에 기체나 액체가 달라붙는다.

예) 실리카겔()의 물분자 흡착, 4g의 표면적이 수십 이 된다.

냉장고 탈취제, 활성탄의 잉크 흡착

의 불순물 흡착

6. 엉김과 염석

(1) 엉김

콜로이드는 같은 종류의 전기를 띠기 때문에 반발력으로 인하여 가라앉지 않고 떠있게 된다. 수소 콜로이드¹⁾에 소량의 전해질을 넣으면 콜로이드 입자가 반대 부호인 이온을 흡착하여 중성이 된다. 그 결과 반발력을 잃고 뭉쳐서 가라앉는 현상.

예) 흐린 물에 백반을 넣어 맑게 하는 현상

삼각주를 만드는 현상

(2) 염석

친수 콜로이드²⁾가 다량의 전해질에 의해 가라앉는 현상

예) 비누를 만드는 과정에서 소금을 넣어 비누를 가라앉히는 현상

(3) 엉김의 효과가 큰 것

(+), (-)의 이온의 하전량이 클수록 엉김력이 크다.

그림 17 엉김

(A) 입자들이 같은 부호의 전하를 띠고 있기 때문에 서로 반발하여 안정하다.

(B) 반대 부호의 이온 때문에 전하를 잃어 콜로이드가 엉긴다.

[3] 기타 콜로이드

1. 서스펜션

고체 분산질 중에서 보통의 콜로이드 입자보다 크지만 콜로이드의 성질이 있는 것

2. 보호콜로이드

소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 가해주면 친수 콜로이드가 소수 콜로이드 입자를 둘러싸서 안정화된 콜로이드로 소량의 전해질로 엉김이 일어나지 않는다.

3. 유화재

기름과 식초에 계란 노른자를 넣고 저어주면 안정한 콜로이드가 형성된다. 이 때 노른자를 유화제라 한다.

4. 회합콜로이드

여러 개의 입자가 모여 이루어진 콜로이드 예) 비누, 염료

5. 분산 콜로이드

덩어리로 된 콜로이드 예) 먹물

6. 에멀션

액체가 액체에 분산된 콜로이드

1 물과 친하지 않아 소량의 물분자로 둘러싸여 있는 콜로이드.

2 물과 친하여 다량의 물로 둘러싸여 있는 콜로이드