<일반 화학> 11장- 용액의 특성

줌달의 일반화학 10판 정리

 

11장. 용액의 특성

 

-용액과 용해도: 조성, 에너지(용해열, 엔트로피), 용해도 영향 3요인(온도, 압력, 구조)

-용액의 특성: 증기압(라울법칙), 총괄성 3가지(삼투압, 끓는점 오름, 어는점 내림), 콜로이드

 

 

 

 

<용액과 용해도>

 

용액의 조성 

용액=균일 혼합물=용매+용질 

ex. 고체, 액체, 기체 뭐가 섞이든... 공기, 탄산수, 보드카(액체+액체), 바닷물(액체+고체) 놋쇠(고체+고체) 등..

*수용액- 물이 물질을 잘 녹임

 

용액의 조성

몰농도(M)	몰랄농도(molality)	몰분율(x)	질량백분율	ppm,ppb	노말농도(N)
mol(용질)/L(용액)	mol(용질)/kg(용매)	mol/전체mol	(용질질량/용액질량)*100	g(용질)/10^6용액 g(용질)/10^9용액	당량수(용질)/L(용액)

 

*당량수

산-염기 반응: 1mol H+ 이온 받고 내놓는 기준

산환-환원 반응: 1mol 전자 받고 내놓는 기준

 

 

 

 

 

용액 형성의 에너지 

용해열=1+2+3  ΔH

1. 용질의 팽창 - 용질 간 인력 극복 (흡열)

2. 용매의 팽창 - 용매 간 인력 극복 (흡열)

3. 용질-용매 섞임 - 용질-용매 간 인력 (발열)

 

*수화열=2+3

 

화학식 표현

1 NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)            ▶격자 에너지의 역반응으로 구할 수 있음 (이온의 인력 척도)

2,3 (수화 엔탈피) Na+(g) + Cl-(g) +H2O(l) → Na+(aq) + Cl-(aq)

1,2,3 (용해열) NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq)

 

 

 

무질서도(엔트로피)  ΔS

NaCl은 3kJ/mol로 용해열이 양의 값이지만, 잘 녹는다

이유는 무질서도가 증가하기 때문이다

반응에 영향을 주는 요인     (1)엔탈피 ΔH   (2)엔트로피 ΔS   → 둘을 합친 ΔG

ΔG = ΔH - TΔS

 

1+2+3의 합이 양의 에너지/음의 에너지이냐...!

 

like dissolves like

극성-극성: 인력 큼 / 비극성-비극성: 인력 작음 / 비극성-극성 인력 작음

→ 극성-극성: 1,2 크지만 3이 매우 큰 음의 값 & 무질서도 증가 → 용액 형성

→ 비극성-비극성: 3이 작은 음의 값이지만 1, 2도 작음 & 무질서도 증가 → 용액 형성

→ 극성-비극성: 극성의 1이 큰데 3이 작음 → 용액 형성 안 함

 

 

 

 

 

용해도 영향 요인 3가지 

구조(극성, 비극성)	압력   *기체만 영향받음	온도  *고체는 대체로 증가  *기체는 감소
극성-극성(친수성)  ex. 비타민C: CH 전기음성도 비슷 비극성-비극성(지용성, 소수성) ex.비타민A: OH CO 결합 많음	압력이 높으면 용해도가 증가함 Henry 법칙 C=kP P- 용액 중 기체용질 분압(atm) C- 용액 기체 농도(mol/L) k- 용액 종류에 따라 달라지는 상수 *용매에서 해리, 반응하지 않을 때 헨리법칙에 잘 맞음 ex. HCl처럼 H+, Cl-(aq) 이온 형태로 잘 녹는 애들은 안 맞음 용액 속 용질-기체 평형상태 압력이 증가하면 용액으로 들어가는 속도 빨라짐 → 새로운 평형(용액 내 기체 증가)	고체: 대체로 증가 *Na2SO4, Ce2(SO4)3 등은 예외 기체: 온도가 증가하면 용해도가 감소 KE가 증가해 용매-용질 간 인력 극복 *보일러 속 고체 찌꺼기 -가열되면 이산화탄소 줄어듦 -역반응 증가(르 샤틀리에) -탄산이온 증가하며 탄산칼슘 침전

 

헨리법칙 문제

ㅎ

 

 

 

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<용액의 성질>

 

 

 

 

용액의 증기압 

 

비휘발성 용질 용액과 Raoult 법칙

-용질의 영향력: 순수한 용매와 액체 용액의 증기압은 다르다! 증기압이 낮아짐

- 물이 증기압이 커서 증기를 내놓음 → 용액의 증기압이 작아서 증기를 흡수함 → 용액만 남아 용액의 증기압으로 평형 

- 비휘발성 용질 → 용액 표면의 용매 분자수 감소 → 용매의 증발 방해 → 용액의 증기압 감소

 

 

Raoult의 법칙 (비휘발성 용질)

P용액=x용매P0용매

용액의 증기압(atm)=용매의 몰분율*순수한 용매의 증기압(atm)

비휘발성 용질 용액의 증기압은, 용매의 몰분율에 정비례한다

***Na2SO4 등 이온으로 녹는 애들은 곱하기3 해서.. 구해야!!

*증기압 내림으로 용질 분자량 측정 가능

 

 

 

휘발성 용질 용액(액체-액체 용액)과 이상 용액/비이상 용액

두 성분 모두 휘발성이면, 각각이 증기압에 기여함

빨강이 더 휘발성이 높음. 전체 양은 같은데 기체가 더 많어!

 

이상 용액 -비슷한 성질의 액체로 이루어짐 → (응용된) Raoult 법칙을 만족	비이상 용액 -특별한 친화력이 있는 경우 →Raoult 법칙을 벗어남
용질-용질 / 용매-용매 / 용질-용매 상호작용이 매우 유사함 용매-용질 인력 = 용질-용질 or 용매-용매 인력 ΔH용해=0 P전체=PA+PB=XAP0A+XBP0B	* 용매-용질 인력 < 용질-용질 or 용매-용매 인력 → ΔH용해 > 0, 흡열 → 증발하려는 경향(잘 안섞여 있으려 함) →  Raoult에서 양의 벗어남 (증기압 높음) * 용매-용질 인력 > 용질-용질 or 용매-용매 인력 ex. 물과 수소결합하는 acetone → ΔH용해 < 0, 발열 → 증발 안하려 함(섞여 있으려 함) →  Raoult에서 음의 벗어남 (증기압 낮음)

**[휘발성 용질 용액과 - 물] 2가지 비커 상태?  용질도 증기로 이동해서 두 비커의 농도가 같아지며 평형을 이룸

용질이 물에 비해 덜 휘발적이면, 원래 용액의 부피가 더 클 것임

 

 

 

 

 

 

 

용액의 총괄성 3 - 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압 

용액의 총괄성: 용질 종류 무관, 용질 입자 개수(몰수)에 의존하는 성질

*분자량 측정에 이용됨

**용매의 종류에는 유관할 수 있음 - Kb, Kf

***이 때 전해질처럼 해리되어 여러 입자로 나뉘어지면 반호프계수 i도 곱해준다 

 

끓는점 오름	어는점 내림	삼투압
ΔT = Kb*m용질 -Kb: 용매 종류에 따라 달라지는 끓는점 오름 상수 -m용질: 용질의 몰랄농도(mol/kg) 끓는점: 증기압이 대기압(1atm)과 같아지는 온도 비휘발성 용잘 → 용매보다 증기압 낮춤 → 더 높은 온도에서 1atm → 끓는점 오름	ΔT = Kf*m용질 -Kf: 용매 종류에 따라 달라지는 어는점 내림 상수 -m용질: 용질의 몰랄농도(mol/kg) 용질의 존재가 얼음의 형성을 방해 → 평형이 달라짐 어는점은 물 증기압=얼음증기압 지점 *눈 오는 날 길에 NaCl, CaCl2	π = MRT - π=삼투압(atm) - M=용액의 몰농도 (mol/L) - R=기체상수=0.08206 L·atm/K·mol - T=절대온도(K) 반투막: 용매 통과O, 용질 통과X 삼투 현상: 용액 농도가 같아지기 위해 반투막 통해 용매가 용액으로 들어감 삼투압: 용매가 들어가며 생기는 압력=삼투현상을 막기 위한 최소 압력 *투석: 용매+작은 용질 분자, 이온 통과 *등장액: 같은 삼투압을 가지는 용액 *역삼투: 삼투압보다 큰 외부 압력을 가해 순수한 용매 얻음 ex. 바다물의 탈 염, 정수기

***이 때 전해질처럼 해리되어 여러 입자로 나뉘어지면 반호프계수 i도 곱해준다 

 

 

 

 

 

 

콜로이드

콜로이드: 용매(매질)에 작은 입자가 떠다니는 현탁액

 

정전기적 반발

-입자의 중심: 작은 이온성 결정, 분자 집합체, 하나의 커다란 분자 등

-그 주위에 이온층을 끓어들임

-외각층끼리 같은 전하라 반발해 집합체를 만들진 않음

 

Tyndall 효과 : 콜로이드 입자에 의해 빛이 산란 

 

응집: 열을 가하거나 전해질을 첨가해 콜로이드 파괴, 침전

-가열 → 입자의 속도 빨라짐 → 이온 장벽 뚫는 큰 에너지로 충돌 → 콜로이드 입자의 엉김

-전해질 → 이온 층 중화