기체,액체,고체,용액 정리(펌)

단원 I. 물질의 상태와 용액 ꊱ 기체 ․액체 및 고체 1. 물질의 입자를 세는 단위 : 몰(mol) (1) 화학식량 1) 원자량 ① 원자량 - 질량수가 12인 탄소원자(12C)의 질량을 12.00으로 정하고 이것을 기준으로 비교한 다른 원자의 상대적 질량. ꃚ 원자량 값 : H=1, C=12, N=14, O=16, S=32 등 ② 평균원자량 자연계의 대부분의 원소는 동위원소가 존재하므로 그 존재비율을 고려하여 평균 원자량을 사용한다. ꀲ ꃚ 염소의 평균원자량 구하기 자연계에 존재하는 염소의 동위원소와 그 존재비율은35Cl : 37Cl= 75% : 25% 이라고 한다. 염소의 평균원자량 값은? 2) 분자량 분자를 구성하는 원소의 원자량의 합을 분자량이라 하며 분자가 존재하지 않는 물질은 분자량대신 실험식에 쓰인 원소들의 원자량의 합을 실험식량(또는 화학식량)이라 한다. ꃚ 물(H2O)의 분자량=1+1+16=18 CO2의 분자량= NaCl의 화학식량= CaO의 화학식량= *공기의 평균분자량 구하기 (공기의 조성은 N2 : O2 = 4 : 1) (28×4 + 32×1)÷5= 3) 이온(식)량 이온식에 쓰인 원소의 원자량의 합. ꃚ 수산화이온(OH-)의 이온량= 암모늄이온(NH4+)의 이온량= (2) 몰(mol) 1) 몰의 개념 어떤 입자 6.02×1023 개(N,아보가드로수)의 모임을 1몰이라 한다. ∴ 몰 수가 같으면 입자수가 같다. ꃚ 물 1몰은 물분자 6.02×1023 개이며 원자3몰(수소원자 2몰과 산소원자 1몰)을 포함. 염화나트륨 1몰에는 이온 2몰(Na+ 1몰과 Cl- 1몰)이 있다. 2) 1몰의 질량 : 화학식량에 g을 붙인 값. ꃚ 탄소 1몰=12g, 물 1몰=18g, 소금 1몰=58.5g, 나트륨이온 1몰=23g (p21-23 예제) 3) 1몰의 부피 : 모든 기체 1몰의 부피는 표준상태(0℃,1기압)에서 22.4L(몰부피) ꃚ 수증기 18g이 표준상태에서 차지하는 부피= 22.4 L ※ 아보가드로의 법칙 : 모든 기체는 그 종류에 관계없이 같은 온도, 압력에서 같은 부피 속에 같은 수의 분자가 들어 있다. 특히, 표준상태(=STP=0℃․1기압)에서 모든 기체는 22.4 L 속에 아보가드로수(6.023×1023 개)의 분자를 포함한다. ⇒ 같은 온도, 압력일 때 몰 비=부피비=분자수비 같은 온도, 압력, 부피일 때 질량비=분자량의 비=밀도비 4) 몰수 구하기 ① 입자수와 몰수: 몰 수 = ꃚ 탄소 원자 3.01×1023개= 몰=0.5몰 ② 질량과 몰수: 몰수= ꃚ 물 36g =몰 = 2몰 (원자 몰 포함) ③ 부피와 몰수: 몰 수 = ꃚ 수소 기체 5.6L(STP) =몰 = 0.25몰 (p24-25 예제) 5) 기체의 분자량 구하기 ① 분자량 = 22.4L(STP)의 질량, 분자량 = 밀도(STP) ×22.4 ․어떤 기체 7g이 표준상태에서 5.6L의 부피를 차지한다면 이 기체의 분자량은? ․표준상태에서 밀도가 2.0g/L인 기체의 분자량은? ② 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 두 기체의 질량비= 분자량의 비 예제) 10g의 용기에 산소(O2=32)기체를 채웠더니 그 질량이 15g이고, 같은 용기에 어떤 기체 를 채웠더니 질량이 20g이었다. 이 기체의 분자량은? 2. 기체 (1) 기체의 압력 1) 기체상태의 특성 기체는 액체나 고체에 비해 분자 운동이 활발하여 항상 빠른 속도로 직선 운동을 하며 자유로이 움직이는데 이 때 용기 벽에 충돌하여 힘을 미칠 때 단위면적 당의 힘을 압력이라 한다. 2) 대기압 ① 압력- 단위 면적에 가해지는 힘. 압력(Pa)=힘/면적(N/m2) ※1파스칼(Pa)=1m2당 1N의 힘을 가할 때의 압력 ② 대기압- 공기가 나타내는 압력으로 공기의 질량에 의해 단위 면적 당 가해지는 힘. 토리첼리는 유리관에 채워진 수은 기둥 높이가 760mm일 때를 1기압으로 정의함.(p26) 1기압(atm)=760mmHg=760torr=1013.25hPa≒105Pa (1hPa=102Pa) ※1토르(torr)=토리첼리를 기념하기 위해 사용하는 단위. (2) 보일-샤를법칙 일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례하고 절대 온도에 비례한다. (부피가 일정하면 압력과 절대온도는 비례함. 즉,) (p29, 32-33 예제) (3) 기체의 상태방정식 1) 이상기체의 상테방정식 ․아보가드로 법칙에 의해 모든 기체 1몰은 0℃, 1기압에서 부피 22.4L이므로 ․보일․샤를법칙에서==0.082(기압․L/몰․°K)=R(기체상수) n 몰의 기체라면 표준상태에서 부피 V=(22.4×n) L 이므로 분자량 M을 구하는 식은 M= (p34 예제, p35 탐구- 부탄의 분자량 측정) (예제) 드라이아이스 0.5g을 27℃에서 모두 기화시켜 그 압력과 부피를 측정한 결과 각각 1기압, 300mL이었다. 이 기체의 분자량은?(단, 기체상수는 0.082(L․atm/몰․°K)으로 계산) (물음) 산소를 0℃에서 부피 19L의 용기에 모았다. 이 때 압력계의 압력이 448mmHg라면 포집된 산소의 질량은?(단, 기체상수는 22.4/273(L․atm/몰․°K)으로 계산) 2) 실제 기체와 이상 기체의 비교 3) 실제 기체가 이상 기체처럼 작용할 수 있는 조건. ① 분자량이나 분자크기가 작은 기체일수록 분자인력이나 반발력이 작아서 이상기체에 가깝다. -He, H2 등 ② 같은 기체에서는 온도가 높고 압력이 낮을수록(분자 간의 거리가 멀수록) 인력이나 반발력의 영향을 덜 받아서 이상기체에 가까운 성질을 나타낸다. ③ 분자간 거리가 비교적 멀 때는 인력 때문에, 분자간 거리가 가까울 때는 반발력(분자크기) 때문에 실제기체는 이상기체의 성질과 멀어진다. <1몰 기체의 PV/RT 값> (4) 확산의 법칙(Graham의 법칙) ① 분자운동에 의해 어떤 분자들이 퍼져 나가는 현상을 확산이라 하고 기체가 작은 구멍을 통하 여 빠져나기는 현상을 분출이라 한다. ② 확산이나 분출속도는 액체나 고체보다 기체에서 훨씬 빠르며 밀도가 작을수록 빨리 확산한다. ⇒ p36 그림 ③ 그레이엄의 법칙 - 같은 온도와 압력에서 두 기체의 분출 또는 확산 속도(∝거리)는 그 기체의 분자량(∝밀도)의 제곱근에 반비례한다.(p37 탐구, 예제) 예제) 같은 조건에서 두 기체의 확산속도를 측정한 결과 CH4는 100, 기체 A는 50 이었다. A의 분자량은? (5) 혼합 기체의 압력 ① 서로 반응하지 않는 혼합 기체의 전체 압력(전압)은 각 성분 기체의 부분압력(분압)의 합과 같다 ⇒ 돌턴의 부분 압력의 법칙. P = PA + PB + PC + … ② 기체의 분압은 각 기체의 몰분율(∝몰수, 분자수)에 비례한다. PA = P × xA (xA : A의 몰분율) PB = P × xB (xB : B의 몰분율) * 몰분율 : 전체의 몰 수 중의 성분 물질의 몰 수 예) 공기 중의 질소 : 산소의 부피(몰) 비는 4 : 1 ∴ 공기 중 질소의 몰분율= , 산소의 몰분율= 2기압으로 압축된 공기 중의 질소의 분압= 기압, 산소의 분압= 기압 ③ 기체 A(압력 P1, 부피 V1)와 기체 B(압력 P2, 부피 V2)를 부피 V로 혼합한 기체의 전압을 P라 하면 혼합 후 각 기체의 압력은 보일법칙에 의해 PA = PB = , 전압 P= PA+ PB (+ …) = ∴PV=P1V1+P2V2 (p38 탐구) 일정 온도에서 1기압의 N2 1L가 담겨진 용기와 1기압의 O2 4L가 담겨진 용기를 연 결하여 혼합시켰다면 혼합기체의 전체 압력과 각 기체의 부분압력은? (물음) 전압이 6기압인 어떤 그릇에 H2 1g과 He 1g이 들어 있는 경우 H2 와 He의 몰분율과 부분 압력은?(단 H2=2, He=4) ④ 수상치환으로 기체를 포집할 때 순수한 기체의 압력은 전체 압력(대기압)에서 그 때의 수 증기압을 빼주어야 한다. (p39 그림) 예제) 0℃에서 수소를 수상치환으로 224mL의 그릇에 포집하여 압력을 측정하였더니 404mmHg 이었다. 이 때 수증기압력이 24mmHg 라면 수소의 압력과 질량은? (단, 기체상수는 22.4/273(L․atm/몰․°K)으로 계산) (6) 기체 분자 운동론 ① 기체는 계속적인 불규칙한 운동을 하며 압력은 기체 분자가 그릇 벽에 충돌함으로써 나타난다. ② 기체 분자는 충돌에 의한 에너지 손실이 없는 완전 탄성체이다. ③ 기체 분자의 부피는 없으며, 기체의 부피는 분자들의 거리의 합으로 결정되는 것으로 거리가 멀어지면 커진다. ④ 기체 분자 사이에는 인력이나 반발력은 작용하지 않는다. ⑤ 기체 분자의 운동 에너지는 온도에 의해서만 변화될 수 있으며, 분자의 종류․모양․ 크기 등에 는 무관하다. ⇒ 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례. (p41 논의하기) 3. 액체와 고체 (1) 액체 1) 액체상태의 특성 ① 기체보다 분자간 인력이 분자간 거리는 . ② 부피는 거의 일정, 형태는 유동적(⇒유체). ③ 진동운동과 회전운동 및 약한 병진운동을 한다. ④ 액체 분자간의 인력이 작용하므로 점성과 표면장력이 있다. ⑤ 같은 양의 기체에 비해 부피가 매우 작다. 예) 18g의 물의 부피= 18g의 수증기의 부피(표준상태)= 2) 증기압력 ① 액체 표면에 있는 분자 중 에너지가 큰 분자가 분자간의 인력을 이겨내고 액체 표면에서 떨어 져 나와 기체(증기)로 되는 현상을 ( )이라 하고 증기가 다시 액체 표면으로 되돌아가는 현상을 ( )이라 한다. ② 일정한 온도의 밀폐 용기에서 액체와 기체가 동적평형( 속도= 속도)을 이루었을 때 (증기가 포화되었을 때) 증기가 나타내는 압력을 (포화)증기압력이라 한다. ③ 분자간의 인력이 작은 물질(몰증발열이 작은 물질, 휘발성이 큰 물질)일수록 같은 온도에서 증 기압은 ( ). ④ 한 물질에서는 온도가 높을수록 분자운동에너지가 ( )하여 분자간의 인력을 이겨 내고 증발 하기 쉬우므로 증기압이 증가한다. ․증기압력곡선 - 온도에 따른 증기압의 변화를 나타내는 곡선으로 액체와 기체가 ( )을 이루며 공존하는 온도와 압력을 나타낸다. ․ 증기압 : > > ․ 분자인력 : > > ․ 끓는점 : > > ․ 증발열 : > > ⑤ 증기압 측정방법-위의 오른쪽 그림에서 높이차가 액체의 증기압력(mmHg)이다. 3) 끓는점 ① 증기압력과 외부 압력이 같아져서 액체 내부에서도 기화가 격렬하게 일어나는 현상을 끓음 (비등)이라 하고 그 때의 온도를 끓는점이라 한다. ② 1기압에서의 끓는점을 ( )이라 한다, ③ 외부 압력이 작아지면 끓는점이 ( ), 외부 압력이 증가하면 끓는점이 ( ) (예- ) 4) 몰증발열(몰기화열) ① 증발열(기화열) - 액체 1g을 끓는점에서 모두 기체로 만드는데 필요한 에너지(kJ/g) 분자인력이 강한 물질일수록 증발열은 ( ). ② 몰증발열 - 액체 ( )을 같은 온도의 기체로 만드는데 필요한 에너지(kJ/몰) 몰증발열 = 증발열 ×분자량 예) 물의 1g의 증발열이 2.3 kJ이라면 몰증발열은? 에탄올(C2H5OH=46)의 몰증발열이 40kJ이라면 증발열(kJ/g)은? ③ 일반적으로 기체물질이나 휘발성물질의 증발열과 끓는점은 작고, 비휘발성 액체나 고체물질의 증발열이나 끓는점은 크다. (2)고체 1)고체상태의 특성 ① 구성 입자들 사이의 거리가 가깝고 이 매우 크다. ② 운동만 하고 있다. ③ 형태와 부피, 입체적인 구조가 일정하다. ④ 가장 에너지가 상태. ⑤ 밀도가 크고 압력을 가하여도 잘 압축되지 않는다. 2) 융해와 응고 ① 융해(용융, 녹음) - ․융해열 (용융열) -고체 을 같은 온도의 액체로 만드는데 필요한 열량. ․몰융해열 - 녹는점에서 어떤 고체 을 모두 액체로 만드는데 필요한 열량. ② 응고(얼음) - ․응고열 - 액체 1g을 같은 온도의 고체로 만들 때 방출되는 열량. ③ 승화 - 3) 결정과 비결정 ① 결정-고체를 이루고 있는 입자의 배열이 규칙적이고 녹는점이 일정. (3) 물질의 상태변화 1) 온도 및 열량과 상태변화 ① 상태가 변화되는 동안 온도는 일정하게 유지된다.(가, 나 구간) ② 가열시간과 열량은 비례한다. ③ 상태변화 그래프에서 융해열, 증발열, 비열(c=)을 알 수 있다. 예) 얼음의 몰융해열=6.02kJ/몰, 물의 몰증발열=40.67kJ/몰 ․ 얼음의 융해열= (J/g) ․ 물의 기화열= (J/g) ․ 물의 비열= (J/g․℃) ․ 그래프를 보고 0℃의 얼음 1g을 100℃ 의 수증기로 만드는데 필요한 총열량(J) 을 구하면? 2) 상평형 그림 ①온도와 압력의 조건에 따른 물질의 상태변화를 나타낸 그래프. <관련현상> ․증기압력곡선(CT곡선)- 높은 산에서 밥을 하면 밥이 설익음 ․융해곡선(BT곡선)- 얼음 위에 추를 매단 철사를 걸치면 녹음 ․승화곡선(AT곡선)- 드라이아이스의 승화성, 동결건조(p47) ② 삼중점- ․승화성물질-삼중점의 압력>1기압(=대기압)인 물질 ③ 외부압력이 감소되면 물은 어는점은 증가하고 끓는점은 감소하나 이산화탄소는 어는점과 끓는 점이 모두 감소함. p52 단원문제풀기 ꊲ 용액 1.물질의 용해 (1) 물질의 용해현상 1) 용해와 용액 두 종류 이상의 순물질이 균일하게 섞이는 현상을 ( )라 하며, 이 때 생긴 균일한 혼합 액체 를 ( )이라 한다. 이 때 녹이는 데 사용한 액체를 ( ), 녹는 물질을 ( )이라 하며, 특히 용매가 물인 경우의 용액을 수용액이라고 한다. 용해 용질 + 용매 ⇄ 용액 석출 ① 용매의 상태에 따른 용액의 종류(p57) 기용액 액용액 고용액 ② 용매의 종류 극성용매 무극성용매 2) 수화 이온성 물질이나 극성 물질을 물에 녹였을 때 물 분자들이 이온 또는 극성 분자 주위를 둘러 싸 안정한 상태(낮은 에너지 상태)를 이루는 현상 3) 용해의 원리(p58 그림, P180 참고) ① 분자 구조나 성질이 비슷한 용매와 용질 사이에 용해가 잘 일어난다. 즉, 극성 물질과 이온성물질은 극성용매에, 무극성 물질은 무극성 용매에 잘 용해된다. ꃚ 물과 에탄올- 벤젠과 사염화탄소- 물과 염화나트륨- ② 용매와 용질 사이의 인력이 용매간의 인력이나 용질간의 인력보다 클 때 용해가 잘 일어난다. ꃚ 물과 설탕 (P58 탐구) (2) 크로마토그래피 ① 특정한 용매에 대한 여러 용질 입자의 인력의 차이를 이용하여 혼합물을 분리하는 방법으로 미 세한 양의 혼합물을 분리하는데 효과적임. ② 이동하지 않는 물질을 고정상(예-종이크로마토그래피법의 거름종이), 혼합물을 녹여서 이동하는 물질(=용매, 전개액)을 이동상이라 한다. ③ 이동상과의 인력이 큰 용질이나 고정상과의 인력이 작은 용질일수록 이동속도가 빠르다. ④ 물질을 확인하는 값으로 Rf(성분 물질의 이동 거리/용매의 이동 거리)을 이용한다. (실험)거름종이, 시료-시금치즙, 용매-석유에테르(무극성)⇒4성분으로 분리 (3) 용해도 1) 포화 용액과 불포화 용액 ① 어떤 온도에서 일정한 용매에 용질이 최대로 용해된 용액을 포화 용액, 용해될 수 있는 한계 까지 용해되지 못한 용액을 불포화 용액이라 한다. ② 용해 평형 : 용해 속도=석출 속도(포화 용액) ㉠ 불포화 용액 : 용해 속도>석출 속도 ㉡ 과포화 용액 : 용해 속도< 석출 속도 2) 고체의 용해도 ① 용해도: 어떤 온도에서 용매 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g수로 나타내며, 용질과 용매의 종류에 따라 다르다. ② 대부분의 고체의 용해는 흡열과정이므로 온도가 높을수록 용해도가 증가하며 압력에는 거의 영향을 받지 않는다. ③ 용해도 곡선 : 온도에 따른 용해도의 변화를 나타낸 곡선 용해도 곡선상의 점은 포화 상태이다. ④ 용해도 곡선에서 용해도의 차을 이용하면 용액을 냉각하거 나 가열할 때 석출되거나 더 녹을 수 있는 용질의 질량을 알 수 있다. ⑤ 재결정(분별결정) : 온도에 따라 용해도가 크게 변하는 물질인 경우, 높은 온도에서 포화 용액 을 만들어 다시 냉각시키면 순수한 결정을 얻을 수 있다. (p65 예제 풀이) (문1) NaNO3의 용해도는 20℃에서 83, 80℃에서 148이다. 80℃에서 포화용액 124g을 20℃로 냉각할 때 결정이 석출되지 않게 하려면 몇 g의 물을 더 넣어야 하는가? (문2) 어느 고체의 용해도가 40℃에서 64, 80℃에서 170이다. 80℃에서 이 고체의 포화수용액 135g을 농축시켜 125g 으로 만든 후 다시 40℃로 냉각할 때 석출되는 질량은? 3) 기체의 용해도 ① 대부분의 기체의 용해과정은 발열과정이므로 온도가 높을수록 용해도가 감소한다.(p67 표) ② 헨리의 법칙 ㉠ 용해도가 작은 기체의 경우 일정 온도에서 일정량의 용매에 용해되는 기체의 질량은 그 기체의 압력에 비례한다. ㉡ 용해되는 기체의 부피는 압력에 관계없이 일정하다.(보일의 법칙에 따라 기체 부피는 압력 에 반비례하므로) ㉢ 용해도가 큰 기체는 헨리의 법칙에 잘 맞지 않는다. 예) 문)p67 표2-2를 보고 5기압, 0℃에서 물 10L에 녹는 산소의 질량과 부피를 구 하라. 2. 물질의 농도 (1) 퍼센트 농도 - 용액 100g 속에 녹아 있는 용질의 g수 퍼센트농도(%)= ×100 ꃚ 물 100g에 소금 25g을 넣은 소금물의 %농도는? (2) 몰 농도(M, 단위: mol/L) 1) 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 몰농도라 하며 온도에 따라 용액의 부피가 변하므로 그 값이 약간씩 달라진다 ꃚ 수산화나트륨(NaOH=40) 4g 이 용액 200mL에 녹은 용액의 몰농도는? 2) 용액 속의 용질의 몰수=몰농도(M)×용액의 부피(V) 용액 속의 용질의 질량= 용질의 몰수 ×분자량 ꃚ 0.5M-황산(H2SO4=98)용액 0.4L 속에 녹아 있는 황산의 몰수 및 질량은? 3) 희석용액의 몰농도 - 희석하여도 용질의 몰수는 일정. MV=M'V' (M, M' : 용액의 몰농도 V, V' : 용액의 부피) ꃚ 0.2M-소금물 2L에 물 2L를 넣으면 몰농도는? 4) 혼합용액의 몰농도 M1V1+M2V2+…= MV (V=V1+V2+…) ꃚ 0.2M-소금물 2L에 0.1M-소금물 4L를 넣으면 혼합용액의 몰농도는? <참고 사항> 0.1M NaCl 수용액 1L 만드는 법(p71) ① NaCl (=58.5) 0.1몰(=5.85g)을 저울로 잰다. ② NaCl을 비이커에 넣고 ⅓ L 정도의 물을 넣어 녹인다. ③ 위 용액을 1L들이 부피 플라스크에 옮기고 2-3회 부셔 용질이 남지 않게 옮긴다. ④ 마개를 막고 흔들어 NaCl을 녹인다. ⑤ 부피(메스) 플라스크의 표선까지 증류수를 채운다. (3) 몰랄 농도(m, 단위:몰／㎏) 용매 1㎏ 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 몰랄농도라 하며 온도의 영향을 받지 않음. 몰랄 농도(m)= ꃚ 물 200g에 포도당(C6H12O6=180) 90g을 녹인 용액의 몰랄농도는? (4) 몰분율 용질의 몰분율= ꃚ 에탄올 (C2H5OH=46) 23g에 물 180g을 넣으면 에탄올의 몰분율은? (5) 농도의 환산 1) ％농도를 몰농도로 환산 ▶밀도(비중)가 d(g/mL), 농도가 a%인 용액의 몰농도(M) 구하기 용액 1L의 질량=1000d(g), 용액 속의 용질의 질량=1000d × ∴ (예제) 37%의 염산의 밀도가 1.2g/mL라면 이 염산의 몰농도 및 몰랄농도는?(HCl=37) 2) 몰농도를 몰랄 농도로 환산 ▶ 밀도(비중)가 d(g/mL), 몰농도가 aM인 용액의 몰랄 농도(m) 구하기 용액 1L의 질량=1000d(g), 용질의 몰수=a몰 용액 1L 속의 용매의 질량=1000d-(a×화학식량) ∴1000d-(a×화학식량) : a =1000 : m ꃚ 밀도가 1.2g/mL인 5M의 수산화나트륨 용액의 몰랄농도는? 3. 묽은 용액의 성질 (1) 용액의 증기압력 내림 1) 일정한 온도에서 비휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압력은 용매의 증기 압력보다 낮다. 증기 압력 내림(⊿P)=t℃ 용매의 증기 압력 -t℃ 용액의 증기 압력 2) 용액의 증기 압력이 낮은 이유는 용액 표면에 있는 용매 분자수가 감소하여 증발할 수 있는 용매 분자가 감소하기 때문이다. 3) 라울의 법칙 - 용액의 증기 압력 내림은 용액 속에 녹아 있는 용질의 몰수에 비례한다. (2) 용액의 끓는점 오름과 어는점 내림 1) 비휘발성, 비전해질 용질(예- )이 녹아 있는 용액의 증기 압력은 같은 온도에서 순수한 용매의 증기압력보다 낮으므로, 용액의 끓는점은 용매보다 높고 어는점은 용매보다 낮다. *전해질이나 휘발성용질은 몰수가 변함. 2) 끓는점 오름(⊿Tb)과 어는점 내림(⊿Tf)은 용매에 따라 다르며 용질의 종류와 무관하고 용액의 몰랄 농도(m)에 비례한다. ① 끓는점 오름 =용액의 끓는점-용매의 끓는점 ⊿Tb=Kb×m (Kb : 몰랄 오름 상수) ② 어는점 내림= 용매의 어는점-용액의 어는점 ⊿Tf=Kf×m (Kf : 몰랄 내림 상수) ③ Kb, Kf는 농도가 1m일 때의 끓는점 오름값과 어는점 내림값이다. ․ 3m 의 설턍물의 끓는점은 (100 + 0.52×3) ℃ ․ 0.5m의 포도당 용액의 어는점은 (0 - 1.86×0.5) ℃ ․ 비휘발성, 비전해질 용질을 녹인 2 m의 벤젠용액의 끓는점과 어는점은? * 몇가지 용매들의 몰랄 오름 상수(Kb)와 몰랄 내림 상수(Kf) 용매 3) 비휘발성, 비전해질 물질의 분자량 측정 어떤 용매 Wg에 분자량이 M인 용질 wg이 녹아 있는 용액의 분자량은 용액의 끓는점오름이나 어는점 내림을 ⊿T라 할 때 몰랄농도 m=× 이므로 4) 전해질 용액의 끓는점 오름과 어는점 내림 ① 용질이 전해질인 경우 같은 농도의 비전해질보다 입자수가 증가하므로 용액의 증기 압력은 더 낮아져서 끓는점 오름과 어는점 내림은 더욱 커진다. ② 전해질 용액의 끓는점 오름과 어는점 내림은 이온의 몰수와 이온화되지 않은 입자의 몰수 를 합한 몰랄 농도에 비례한다. ․모두 이온화될 때(α=1) 1m-NaCl 용액의 끓는점과 어는점은 2m 비전해질용액과 같고 1m-CaCl2 용액의 끓는점과 어는점은 3m 비전해질용액과 같다. ․일부 이온화될 때 (α<1) ꃚ m 몰랄농도의 NaCl 수용액의 이온화도가 α라면, NaCl → Na+ + Cl 이온화 전 농도 m 0 0 이온화 후 농도 m(1-α) mα mα ∴ 이온화 후 총 몰랄 농도 = m(1-α)+mα+mα=m(1+α) 따라서 NaCl 수용액의 ⊿Tf나 ⊿Tb는 같은 몰랄 농도의 비전해질인 설탕 수용액의 (1+α)배가 된다. (문1) 0.2 m 의 염화칼슘 수용액이 모두 이온화된다면 이 용액의 끓는점과 어는점은? (단, 물의 kb=0.52, kf=1.86) (문2) 다음 중 증기압, 끓는점, 어는점, 삼투압이 가장 높은 것을 차례로 고르면? (단, 전해질은 모두 이온화된다고 가정) ① 물 ② 1m-설탕물 ③ 1m-NaCl ④ 2m-설탕물 ⑤ 2m-NaCl (문3) 다음 각 현상과 관련있는 용액의 성질은? ① 겨울에 강물은 얼지만 바닷물은 잘 얼지 않는다. ( ) ② 끓는 물보다 끓는 국에 데었을 때 상처가 심하다.( ) ③ 자동차의 냉각수에 부동액으로 에틸렌글리콜을 사용한다.( ) ④ 소금물과 물을 담은 비커를 수조에 넣고 뚜껑을 덮으면 소금물의 수면이 높아진다. (3) 삼투 현상 1) 삼투와 삼투압 ① 반투막-선택적 투과성을 갖는 막으로 대개 용매 분자는 통과시키지만 큰 용 질 분자는 통과시키지 않는 막 ꃚ 동물의 방광막, 셀로판지, 세포막 등② 반투막을 사이에 두고 용매와 용액을 접해 둘 때 용매 입자가 반투막을 통하 여 용액으로 이동하는 현상(또는 농도 가 다른 두 용액을 접해 둘 때 양쪽 용 액의 농도가 같아지려고 용매가 진한 용액 쪽으로 이동하는 현상)을 삼투라 하고, 삼투현상으로 인해 용액이 갖는 여분의 압력을 삼투압이라고 한다. (예) 배추절이기, 식물의 뿌리털에서 물과 무기양분 흡수 ③ 역삼투 - 용액 쪽에 삼투압 이상의 압력을 가하면 삼투와는 반대로 용액 쪽에서 용매가 이동 하는 현상. ꃚ 바닷물로 식수 만들기(p86) ※ 혈액 투석-혈액과 투석액 사이에서 셀로판막으로 투석하여 혈액 속의 노폐물이나 독소 등을 제거하는 동시에 필요한 전해질과 포도당 등을 투석액에서 혈액 쪽으로 보급함. 2) 반트 호프의 법칙(삼투압 법칙) 비휘발성, 비전해질 용질을 녹인 묽은 용액의 삼투압(∏)은 용매의 종류, 용질의 종류에 관계 없이 용액의 몰농도와 절대 온도에 비례한다. ① 삼투압(∏)=CRT(C :몰농도, R :기체 상수, T :절대온도) ② 삼투압은 용액 농도가 작을수록, 고분자 물질일수록 정확하게 측정되며, 분자량이 10,000 이상 인 고분자 물질의 분자량을 측정하는데 이용된다. Π=cRT= RT, ΠV=nRT=RT ⇨ 분자량(M)= (p83 예제, 문제 풀이) ③ 전해질 용액의 삼투압- 이온화되어 용질 몰 수가 증가하므로 비전해질에 비해 삼투압이 크다. (예제) 바닷물은 대략 0.5M의 NaCl수용액으로 볼 수 있다. 역삼투를 이용하여 바닷물에서 식수를 구하려면 15℃의 바닷물에 가해야 하는 최소 압력의 크기는? (단, NaCl은 모두 이온화하며 기체상수는 0.08(기압․L/몰․°K)로 계산한다) ★용액의 총괄성- 묽은 용액의 증기 압력 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압은 모두 용질의 종류에는 관계 없고 다만, 용액 속에 녹아 있는 용질의 입자수에만 비례하는데 이러한 성질 을 묽은 용액의 총괄성이라고 한다. (4) 콜로이드 용액(p84) (1) 콜로이드 1) 콜로이드 입자의 크기- 지름이 10-7～10-5㎝로 거름종이는 통과하지만 반투막은 통과하지 못함 2) 분산매와 분산질- 콜로이드 용액에서 입자를 분산시키는 것을 분산매, 입자로서 분산되어 있는 있는 것을 분산질이라 하며, 분산매와 분산질을 합하여 분산계라고 한다. (2)콜로이드 용액의 성질 1) 입자의 크기가 크기 때문에 갖는 성질 ① 틴들 현상- 어두운 곳에서 콜로이드 용액에 센 빛을 비출 때 빛의 진로가 보이는 현상 ⇦ 빛의 산란 때문에 ② 브라운 운동- 콜로이드 입자가 불규칙하게 움직이는 것 ⇦열 운동을 하는 분산매 입자가 콜로이드 입자에 불규칙하게 충돌하기 때문 ③ 투석(dialysis) - 콜로이드 입자와 더 작은 입자가 함께 있는 용액을 반투막에 통과시켜 콜로이드를 정제하는 방법 ④ 흡착- 액체나 기체 물질이 고체 표면에 끌려 고체 표면에서의 농도가 증가하는 현상으로, 콜로이드 입자는 그 질량에 비해 표면적이 대단히 넓으므로 다른 물질을 흡착하는 성질이 있다. ꃚ 비누의 콜로이드 입자가 먼지를 흡착하여 세탁 작용 2) 전하를 띠고 있기 때문에 갖는 성질 -콜로이드는 흡착력이 커서 이온을 선택적으로 흡착하여 한 종류의 전하로 대전되어 있음 ① 전기 이동 - 콜로이드 입자가 한 종류의 전하만을 띠고 있어 직류 전류를 통할 때 전하와 반대 전하를 띤 전극으로 이동하는 현상 ② 엉김과 염석 ㄱ) 엉김 - 소수 콜로이드가 소량의 전해질에 의해 침전되는 현상. ㄴ) 염석 - 친수 콜로이드가 다량의 전해질에 의해 침전되는 현상. ㄷ) 엉김이나 염석 현상은 전해질 중 이온의 전하가 클수록 효과적이다. (+)전하 콜로이드를 엉기게 하는 힘 : Fe(CN)64->PO43->SO42->Cl- (-)전하 콜로이드를 엉기게 하는 힘 : Al3+>Mg2+>Na+ 3) 콜로이드의 안정성 ① 소수 콜로이드-물과의 친화력이 약해 소량의 전해질을 가할 때 침전되는 콜로이드 ꃚ 점토, 수산화철(Ⅲ), 금, 은 등의 무기물의 콜로이드 ② 친수 콜로이드-물과 친화력이 강하여 다량의 전해질을 가해야만 침전되는 콜로이드 ꃚ 우유, 녹말, 비누 등의 유기물의 콜로이드 ③ 보호 콜로이드- 불안정한 소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 가하면 친수 콜로이드가 소수 콜로이드를 둘러싸서 안정해지는데, 이와 같은 목적으로 가해 주는 친수 콜로이드를 보호 콜로이드라 한다.ꃚ먹물 속의 아교, 잉크 속의 아라비아고무