묽은 용액의 성질

3. 묽은 용액의 성질

* 묽은 용액내의 용질의 입자는 거의 독립적으로 존재함.

[1] 용액의 증기압.  (1) 용액의 증기압(용질이 비전해질, 비휘발성) ☞ 순수한 용매의 증기압 보다 낮다.       ※ 원인 ; 용액 내의 용질의 입자는 -① 용매 분자의 표면적을 감소.                                                      ② 용매 분자와 인력이 작용키 때문.   (2) 용액의 증기압 강하.(용질이 비전해질이고 비휘발성인 용액)    ※ 라울(Raoult)의 법칙 ; 용액의 증기압 내림은 용액의 몰랄 농도(m) 비례한다          △P = m × Kvp        * △P ; 증기압 내림도(강하도).         Kvp ; 몰랄 증기압 내림상수(용매에 따라 결정)

[2] 용액의 끓는점 오름과 어는점 내림    (1)용액은 순수한 용매보다 ; b . p = 高-끓는점 오름(비등점 상승)                                            f . p = 低-어는점 내림(빙점강하)

(2) 라울(Raoult)의 법칙 : 용질이 비 휘발성이고 비전해질인 용액의      " 끓는점 오름이나 어는점  내림은 용매에 따라 다르고 같은 용매에서는  용질의 종류에        관계없이 용질의 몰랄 농도(m) 에 비례한다"       △Tb = m ×Kb where ; △Tb ; 끓는점 상승도       ( △Tf = m ×Kf )          △Tf ; 어는점 강하도                                         m ; 몰랄 농도                                        Kb ; 몰랄 오름 상수.                                         Kf ; 몰랄 내림 상수.    (3) 비전해질, 비 휘발성 용질의 분자량 측정    * 라울의 법칙에서 △ Tb = m ×Kb ( △Tf = m ×Kf )의 식은      (4) 전해질 용액에서 끓는점 오름과 어는점 내림      * 설탕(1mol) + 물 (1L)  ―→ 설탕물 1mol      * NaCl ―→ Na+   +    Cl-         1mol    1mol        1mol ( ∴ 비전해질 2몰역활)

[3] 삼투현상 (1) 삼투현상 ; 반투막을 경계로 고 농도 액과 저 농도 액을 두면          저 농도 액의 용매가 고 농도 액 쪽으로 이동되어 두 용액의          농도 가 같아지는 현상.      ※ 반투막 ; 용매의 분자는 통과하나 용질의 분자는 통과하지         못하는 얇은 막.      (예) 식물의 세포막, 동물의 방광막, 셀로판지.   (2) 반트 호프의 삼투압 법칙        묽은 용액의 삼투압은 "용매나 용질의 종류에 관계없이 용액의 mol농도 및 절대 온도에        비례한다. "          π = CRT ---①             = n/VRT          ∴ πV = nRT --② (n =w/M)                   = w/M RT에서          분자량 (M)= wRT/ πV

용해와 용액의 농도

용해와 용액

1. 용해 : 한 물질이 다른 물질에 녹아서 고르게 섞이는 현상 (예 : 물에 소금을 넣어 녹인다.)

2. 용액 : 한 물질(용질)이 다른 물질(용매)에 녹아서 고르게 섞여 있는 물질

• 용질 : 다른 물질에 녹아 들어가는 물질
• 용매 :다른 물질을 녹이는 물질

3. 용액의 성질

• 대부분 무색투명하지만 색깔을 띠는 것도 있다. (황산 구리(Ⅱ) 수용액은 푸른색을 띤다.)
• 어느 부분을 취해도 색깔, 농도, 맛, 밀도 등의 성질이 같다. ➞ 균일 혼합물
• 거름종이로 걸러지지 않는다.
• 용질 입자가 눈에 보이지 않는다.
• 오랫동안 놓아두어도 가라앉는 것이 없다.

4. 용액이 아닌 경우 : 예) 흙탕물, 과일주스, 우유 등

• 오래되면 가라앉는 물질, 취하는 부분마다 용액의 성질이 달라지는 물질은 용액이 아니다.

용해에 따른 부피와 질량 변화

1. 용해에 따른 부피 변화

• 변화 :부피가 약간 감소한다.➞ 용질의 부피 + 용매의 부피 > 용액의 부피
• 이유 :큰 입자 사이의 틈으로 작은 입자가 들어가기 때문

2. 용해에 따른 질량 변화

• 변화 : 질량은 일정하다. ➞ 용질의 질량 + 용매의 질량 = 용액의 질량
• 이유 :용질 입자와 용매 입자의 개수가 변하지 않기 때문

물

물의 밀도

1. 얼음의 결정 구조

▶ 액체 상태에서 물은 분자 배열이 규칙적이지 않지만 물이 얼면 물 분자 사이에 수소 결합이 형성되어 규칙적으로 배열됨. 이때 물 분자들이 육각형 구조를 이루면서 빈 공간이 생기기 때문에 부피가 증가함

2. 물의 밀도 변화

▶ 대부분의 물질들은 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 될 때 부피가 증가하여 밀도가 감소하는 반면, 물은 고체에서 액체로 될 때 부피가 감소함

3. 온도에 따른 물의 부피 및 밀도 변화

▶ 0℃ 이하의 얼음

• 온도가 높아질수록 부피 증가(밀도 감소) → 온도 증가에 따라 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐

▶ 0℃

• 얼음에서 물로 상태 변화하면서 부피 감소(밀도 증가) → 수소 결합의 일부가 끊어지면서 빈 공간이 감소하여 부피가 감소함

▶ 0 ~ 4℃

• 수소 결합이 끊어지면서 부피 감소(밀도 증가) → 온도 증가에 따른 부피 증가보다는 수소 결합이 끊어지면서 생기는 부피 감소 효과가 더 큼

▶ 4℃ 이상

• 온도가 높아질수록 부피 증가(밀도 감소) → 온도 증가에 따라 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐

4. 얼음과 물의 밀도 차이에 의한 현상

• 겨울철에 호수나 강물이 얼어서 생긴 얼음이 표면에 떠 있기 때문에 얼음 밑의 물이 얼지 않고 액체 상태로 존재하여 수중 생태계가 유지됨
• 암석의 틈으로 스며든 물이 얼면 부피가 증가하여 암석이 부서지면서 풍화가 빠르게 일어남
• 추운 겨울날 수도관 속의 물이 얼면 수도관이 터짐

5. 온도에 따른 물의 밀도 변화

• 1. 0℃에서 물의 밀도가 증가함 → 얼음이 녹아 물로 될 때 수소 결합의 일부가 끊어지면서 부피가 감소하므로 밀도가 증가함
• 2. 0 ~ 4℃에서 물의 밀도가 증가함 → 수소 결합이 끊어지면서 부피가 감소하는 효과가 크기 때문에 부피가 감소하고 밀도가 증가함
• 3. 4℃ 이상에서 온도가 증가할수록 밀도가 감소함 → 온도가 증가하면 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐. 즉, 부피가 증가하므로 밀도가 감소함

물의 비열

1. 비열

▶ 물질 1g의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열에너지. 같은 물질이라도 상태에 따라 비열이 달라짐. 비열이 큰 물질일수록 온도를 높이는 데 많은 열에너지가 필요하고, 같은 열에너지를 가해도 온도가 빠르게 높아지지 않음

2. 물의 비열

▶ 4.18 J/g·℃로, 비열이 커서 온도가 쉽게 올라가지 않음 → 공급되는 열에너지가 물 분자 사이의 수소 결합을 끊는데 쓰이기 때문

3. 물은 다른 액체에 비해 비열이 커서 가열할 때 온도가 서서히 올라가고 냉각할 때는 온도가 서서히 내려감

4. 물의 비열과 지구 생태계

• 비열이 큰 물이 지구 표면을 덮고 있어 지구의 온도를 일정하게 유지시킴
• 해안 지역은 내륙 지방보다 일교차가 작고, 낮에는 해풍이 불고 밤에는 육풍이붐

5. 물의 가열 곡선

▶ 그래프는 40℃의 얼음을 일정한 열량으로 가열했을 때 시간에 따른 온도를 나타낸 것

• 일정한 열량을 가한 경우이므로 가열 시간은 가해 준 열량에 비례함
• 온도가 일정한 AB 구간에서는 상태 변화가 일어남 → AB 구간의 길이는 융해열에 비례함
• 비열의 크기는 물이 얼음보다 큼 → 0 ~ t 구간에서는 고체 상태이고, 5t ~ 10t 구간에서는 액체 상태임. 각 구간의 기울기는 가열 시간(=가해 준 열에너지)에 대한 온도 증가하므로 기울기가 클수록 비열이 작음

돌턴의 부분 압력 법칙

1. 기체의 전체 압력과 부분 압력

▶ 서로 반응하지 않는 두 종류 이상의 기체가 일정한 부피의 용기 속에 혼합되어 있을 때 혼합 기체의 압력을 전체 압력이라 하고, 각 성분 기체가 나타내는 압력을 부분 압력이라고함

2. 돌턴의 부분 압력 법칙

▶ 혼합 기체의 전체 압력은 각 성분 기체의 부분 압력의 합과 같음 → 일정한 온도에서 같은 부피의 기체의 압력은 기체의 종류에 관계없이 기체 분자의 몰수에 의해 정해짐

PT=PA+PB+PC…(PT : 전체압력, PA, PB, PC : 각 성분 기체의 부분 압력)

• 일정한 온도 T에서 부피가 V( L )인 용기에 nA몰의 기체 A가 나타내는 압력 PA는 다음과 같음 → PA=nART/V
• 일정한 온도 T에서 부피가 V (L)인 용기에 nB몰의 기체 B가 나타내는 압력 PB는다음과 같음→ PB=nBRT/V
• 같은 온도에서 nA몰의 기체 A와 nB몰의 기체 B를 부피가 V( L)인 용기에 넣으면 혼합 기체의 전체 몰수는 (nA+nB)이고, 혼합 기체의 전체 압력 PT는 전체 몰수에 비례함 → PT=(nA+nB)RT/V
• A 기체와 B 기체의 부분 압력의 합 PA+PB=nART/V+nBRT/V=(nA+nB)RT/V → 각 성분 기체의 부분 압력의 합은 혼합 기체의 전체 압력과 같음

3. 기체의 몰 분율과 부분 압력

▶ 몰 분율

• 혼합 기체에서 각 성분 기체의 몰수를 전체 기체의 몰수로 나눈 값

기체 A의 몰 분율(XA)=기체 A의 몰수/전체 기체의 몰수=nA/nA+nB 기체 B의 몰 분율(XB)=기체 B의 몰수/전체 기체의 몰수=nB/nA+nB

▶ 부분 압력

• 혼합 기체에서 각 성분 기체의 부분 압력은 그 기체의 몰수에 비례함 → 혼합 기체에서 각 성분 기체의 부분 압력은 전체 압력에 그 성분 기체의 몰 분율을 곱한 것과 같음

PA = PT x nA/nA + nB=PT x XA PB = PT x nB/nA + nB=PT x XB (PT : 전체압력, PA, PB : 기체A, B의부분압력, nA, nB : 기체A, B의몰수, XA, XB : 기체A, B의몰분율)

4. 기체의 수상 치환과 부분 압력

▶ 돌턴의 부분 압력 법칙은 수상 치환으로 모은 기체의 양을 구할 때 이용됨

• 수상 치환으로 기체를 포집하면 포집관 속 기체는 모으려는 기체와 수증기의 혼합 기체임
• → 기체 포집관 안과 밖의 수면이 같은 경우：혼합 기체의 압력과 대기압은 같음
• → 주어진 물의 온도에서 수증기압이 주어진 경우：모으려는 기체의 압력은 (대기압 - 수증기압)임

기체의 확산

1. 기체의 확산과 분출

▶ 기체의 확산

• 기체 분자가 분자 운동에 의해 다른 기체 속으로 퍼져 나가는 현상

▶ 기체의 분출

• 기체 분자가 작은 구멍을 통해 진공이나 압력이 낮은 곳으로 빠져나가는 현상

 

2. 그레이엄 법칙

▶ 일정한 온도와 압력에서 기체의 확산 속도는 기체 분자량의 제곱근에 반비례함

3. 기체의 확산 속도에 영향을 주는 요인

• 기체의 온도가 높을수록 확산 속도가 빠름
• 같은 온도일 때 기체 분자량이 작고, 밀도가 작은 기체일수록 확산 속도가 빠름
• 진공 속>공기 속>물속 순으로 확산 속도가 빠름

▶ 기체의 분자량과 확산 속도

• 일정한 온도에서 기체의 분자량이 작을수록 평균 운동 속력이 빠르므로 확산 속도가 빠름
• → (가)에서 꼭지를 동시에 열었다가 닫는 경우：평균 운동 속력이 빠른 기체 B가 더 빠르게 확산되어 실린더 속에 기체 분자 수는 B가 A보다 많음. 따라서 피스톤은 왼쪽으로 이동함.
• → (나)에서 A와 B의 분자량 비교：같은 온도에서 평균 운동 속력이 큰 B가 A보다 분자량이 작음

기체 분자 운동론

기체 분자 운동론

1. 기체 분자 운동론

▶ 기체는 종류에 관계없이 매우 빠르게 운동하고 있으며 온도에 의해 운동 에너지가 변하는데 이와 같이 기체 분자의 열운동을 바탕으로 기체의 성질을 설명하는 것을 기체 분자 운동론이라고 하며, 몇 가지 가정에 근거를 두고 기체 법칙을 설명함

2. 기체 분자 운동론의 가정

기체는 끊임없이 무질서하게 불규칙적인 운동을 하고 있음 기체 분자 사이에는 인력이나 반발력이 작용하지 않음 기체 분자 자체의 크기는 기체가 차지하는 전체 부피에 비해 무시할 수 있을 정도로 작음 기체 분자 사이의 충돌은 완전 탄성 충돌로 충돌에 의해 에너지 손실이 없음 기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에만 비례함

3. 기체 분자의 평균 운동 속력

▶ 평균 분자 운동 속력

• 기체 분자들은 끊임없이 운동하여 충돌하며, 충돌에 따라 기체 분자의 속력이 빨라지기도 하고 느려지기도 함. 같은 온도에서도 각각 다른 속력을 가지며, 이들의 평균을 평균 분자 운동 속력이라고 함

▶ 온도와 평균 운동 속력

• 기체 분자의 평균 운동 속력은 온도가 높아질수록 빨라짐

▶ 기체의 분자량과 평균 운동 속력

• 같은 온도에서 기체의 평균 운동 에너지는 기체의 종류에 관계 없이 일정하므로 기체의 분자량이 작을수록 평균 운동 속력은 빠름

기체 분자 운동론과 기체 법칙 해석

1. 보일 법칙과 기체 분자 운동론

▶ 기체의 몰수와 온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력에 반비례함

• 일정한 온도에서 일정량의 기체가 담긴 용기에 압력을 가해 부피를 감소시키면 기체 분자의 평균 운동 속력은 일정함. 따라서 같은 시간 동안 기체 분자가 용기 벽면에 충돌하는 횟수가 많아져 기체의 압력이 커짐 → 일정한 온도에서 기체의 부피는 압력에 반비례함

온도, 분자 수	(가)=(나)
부피	(가)>(나)
충돌 횟수	(가)<(나)
평균 운동 속력	(가)=(나)
압력	(가)<(나)

2. 샤를 법칙과 기체 분자 운동론

▶ 기체의 몰수와 외부 압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대 온도에 비례함

• 일정한 압력에서 일정량의 기체의 온도를 높이면 기체 분자의 평균 운동에너지가 증가하여 기체 분자의 운동이 빨라져 기체 분자가 용기 벽면에 충돌하는 횟수와 세기가 증가하여 기체 압력이 커짐. 기체의 온도가 높아지면 외부 압력이 같아질 때까지 기체의 부피가 증가함 → 일정한 압력에서 기체의 부피는 절대 온도에 비례함

압력, 분자 수	(가)=(나)
온도	(가)<(나)
충돌 세기	(가)<(나)
부피	(가)<(나)
평균 운동 에너지	(가)<(나)
평균 운동 속력	(가)<(나)

3. 아보가드로 법칙과 기체 분자 운동론

▶ 일정한 온도와 압력에서 기체의 부피는 몰수에 비례함 → 기체 분자 수가 증가하면 용기 벽에 충돌하는 횟수가 증가하므로 부피도 증가하게됨