[쉽게 알아보는 용액의 제조]

 ☞ 퍼센트(%) 농도 : 용액 100mL 속에 녹아있는 용질의 질량(g 수)
                                     = 용질의 질량 / 용액의 질량×100

                                     = 용질의 질량 / (용매+용질)의 질량×100     

         용질의 질량(g) = 용액의 질량 × %농도 /100

 ☞몰 농도(M) : 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰(mole) 수이다. 여기서 1 몰 (mole)은 분자량에 g을 붙인 값이다. 따라서 1M 수산화나트륨(NaOH, m.w=40) 용액인 경우는 물 1L에 수산화나트륨 40g을 녹이면 된다.

     부피가 V L 인 용액(mL가 아니고 L 가 기준임)에 녹아 있는 용질이 n몰이라면(분자량에 g를 붙인 값, 염산은 36.5 g 이 1 몰(mole) 임) 이 용액의 몰농도(M)은

        M = n / V   => 용질의 몰수 n = MV

           (예, 3M-염산(HCl) 200mL에 들어있는 용질의 몰수는 3M × 0.2V 이므로 0.6 몰(mole)가 들어있다.

                  이를 g로 환산한면 염산 1 mole 은 36.5g 이므로 0.6×36.5g = 21.9 g 이 들어있다.)

     한편, 용액 V L에 녹아있는 용질이 w g 이고 용질의 분자량이 Mt 라 하면 용질의 몰수 n = w / Mt (이는 질량을 분자량으로 나눈다는 뜻, 염산의 경우 72g은 72/36.5 이므로 2몰(mole)이 된다는 뜻임) 이므로

다음과 같이 공식을 정리할 수 있다.

    M = n / V (몰수/부피)= w / Mt  / V (질량/분자량(mole)으로 나누고 이를 다시 부피로 나눔) 

       = w /Mt*V (질량을 분자량 곱하기 부피로 나눔)

      용질의 질량 w = n × Mt =M*V*Mt(몰농도*부피* 분자량)으로 계산 가능함.

      (예, 1M - 염산 500mL에 들어있는 용질의 질량은 1*0.5*36.5 = 18.25 g )

 ☞농도의 전환

   고체인 수산화나트륨(NaOH, m.w=40) 1M 용액인 경우는 물 1L에 수산화나트륨 40g을 녹이면 쉽게 몰용액을 만들 수 있지만 염산과 같이 시중에 % 농도로 시판되는 약품은 이를  퍼선트 농도를 환산하여 몰농도로 만들어 주어야 한다.

   % 농도를 몰 농도로 환산하기

   농도가 a %, 비중(밀도)이 d g/㎤, 용질의 분자량이 Mt인 용액을 몰 농도(M)를 구하는 방법을 알아보면

   -> 만약 용액의 부피가 1 L 라면 (시중에 시판되는 염산 용액 1L라면)

       이 속에 있는 용액의 질량은 = 부피 × 밀도 = 1000mL × d (g/㎤) =1000 d (g)

                              (시판되는 염산의 비중이 1.18 이라면 1000 × 1.18 = 1180 g 시중 염산 1L의 질량)

       이 용액 속의 용질의 질량은

                  w = 용액의 질량 × (%농도 /100) = 1000 d × (a/100) = 10ad (g)

                             (시판되는 1 L 짜리 염산 37 % 라면 10*37*1.18 =  413 g 의 HCl이 들어있음)

       이 용의 몰 농도는

                 M = n/V = w / Mt?V = 10ad / Mt?V 이다.

                            (시판되는 염산은 10*37*1.18 / 36.5 * 1 = 11.96...  약 12M 짜리이다.)

 ☞간단한 용액 제조법

      묽은 염산의 제조  : 시중에 시판되는 염산을 12M 이라고 하면

                    원하는 몰농도 = 12M / (염산의 부피 + 물의 부피)

                    (예, 0.1M = 12 M / 120 이어야 하니까 (염산 1 : 119의 부피로 섞으면 0.1 M 용액이 됨)

      과산화수소수의 희석 : 시중에 시판되는 30%의 과산화수소를 6%로 만드는 방법

               과산화수소수 30%                                   6 (6-0)

                                           원하는 농도 6%          ‥

                   물 0%                                                    24 (30-6)  즉 6 : 24 = 1 : 4의 비율로 섞으면 됨

<참고자료:http://my.netian.com/~kco0645/prin-exp.htm>

1. 용질, 용매, 용액의 뜻

 ☞ 용질 : 어떤 액체에 녹아드는 물질을 말한다.   설탕이 물에 녹는 경우라면 설탕이 용질이 된다.  

 ☞ 용매 : 어떤 물질을 녹히는 물질을 말한다.  소금이 물에 녹는 경우라면 물이 용매가 된다.

 ☞ 용액 : 용질과 용매의 혼합액을 용액이라고 한다. 예를 들면 설탕물, 소금물이 용액이 된다.

 ☞ 포화 : 용질이 용매에 더 이상 녹지 않을 만큼 최고로 녹아있는 상태를 말한다. 포화에는 과포화, 불포화가 있다.

 ☞ 용해도 : 용질이 포화에 이를 때까지 용매에 녹는 양을 말한다. 물질에 따라서 혹은 온도에 따라서 또는 용매에 다라서 용해도는 차이가 있을 수 있다. 예를 들면 설탕은 찬물에보다 뜨거운 물에 훨씬 잘 녹는다. 또한 물에는 잘 녹지만 기름에는 잘 녹지 않는다.

2. 몰 농도(M), 당량농도(N, 노말 농도)

 ☞ 몰 농도(M) : 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰(mole) 수이다. 여기서 1 몰 (mole)은 분자량에 g을 붙인 값이다. 따라서 1M 수산화나트륨(NaOH, m.w=40) 용액인 경우는 물 1L에 수산화나트륨 40g을 녹이면 된다.

   (예제)  0.1M 염화나트륨(NaCI, 분자량=58.5)용액을 만드는 방법
            1) 염화나트륨 1몰(mole)은 58.5g, 0.1몰은 5.85g 이다.
            2) 염화나트륨 5.85g을 정확히 달고  메스풀라스크(1L)에 넣는다.
            3) 깔대기 묻어 있는 염화나트륨을 증류수로 잘 씻어 내린다.
            4) 80%정도 증류수를 채운 다음 잘 흔들어서 완전히 녹인다.
            5) 증류수병을 이용 조심해서 표 선까지 증류수를 채운다.

 ☞ 당량농도(N, 노말 농도) : 어떤 양성원소와 결합할 수 있는 화합물의 중량, 즉 당량으로 나타낸 농도를      한다. 여기서 한 화합물의 당량은 그 화합물의 분자량을 양이온의 산화수로 나눈 값과 같다.

 원소의 당량 = 원자량/원자가  

   적정(titration)을 이용한 정량분석 실험에 있어서의 용액의 농도는 당량농도이다.  다음은 실습에 많이 등장하는 몇 가지 화합물의 몰(mole) 과 g당량, 원자가를 나타낸 것이다.  

 <표1> 몰(mole)과 g당량 

  (예제) 수산화나트륨(NaOH) 수용액 10L 중에 NaOH 8g이 녹아있다. 수산화나트륨의 M농도와 N농도를 구하시오.

                 ☞   M농도 → 10L : 8g = 1L : Xg          X = 0.8g    = 0.02M
                       N농도 →  NaOH 의 원자가가 1 이므로 M농도와 같다.

  (예제) 황산(H2SO4)용액 250mL 중에 순수한 황산이 9.8g이 녹아있다. 이 용액의  M 농도와 N농도를 구하시오.

                 ☞   250 : 9.8 = 1000 : X          X = 9.8×4

                         = 0.4M ,             = 0.8N

 ☞ 밀도와 비중 : 밀도(g/L)는 일정한 단위 부피가 차지하는 질량을 말한다. 단위로는 g/L, g/cm3, g/mL 등이 있다.   여기서 값은 밀도와 같으나 단위가 없는 게 비중이다. 단, 기체의 경우는 밀도와 비중이 다르다.

                      - 밀도 = 질량(g) / 부피(mL)

                      - 비중 =  물질의 밀도 / 4°c 물의 밀도

   (예제) 10% NaOH 용액(분자량=40)의 밀도는 20℃에서 1.2g/mL이다. 이 용액의  몰 농도(M)를 구하시오.

                  ☞  NaOH용액 1L의 질량 : 1.2g/mL×1000mL = 1200g
                       10% NaOH용액 속의 NaOH 질량 : 1200g×0.1 = 120g
                       그러므로 40g이 1M 이므로 이 용액의 농도는 3M이 된다.

 ☞ 퍼센트(%) 농도 : 용액 100mL 속에 녹아있는 용질의 질량(g 수)
                                     = 용질의 질량 / 용액의 질량×100

                                     = 용질의 질량 / (용매+용질)의 질량×100     

  (예제) 20% 소금용액을 만들려면 어떻게 하면 되는가 ?

                  ☞  물 80g에 소금 20g을 녹이면 된다.
                   ① 소금 20g을 저울에 정확히 단다.
                   ② 깔대기를 이용하여 100mL 메스플라스크에 옮긴다.
                   ③ 적당히 증류수를 채우고 소금을 잘 녹인다.
                   ④ 증류수병을 이용,증류수를 조금씩 첨가하여 표선에 맞춘다.    

  (예제)  물 100mL에 20g NaCI을 가하면 이 용액의 %농도는 ?
                      ☞   ×100 = 16.7%
 

☞ M농도, %농도, ppm농도의 상호 전환

    환경공업실습에 있어서 농도의 상호전환은 매우 중요하다. 측정 값의 상호비교는 물론, 상호전환 방법을 터득함으로써 농도의 개념을 보다 쉽게 이해할 수 있기 때문이다.

 1) 몰 농도 M1인 용액 V1L와 농도가 M2인 용액 V2L을 섞었을 때 혼합용액의 M농도는 다음의 식으로 구할 수 있다.
                                           M1V1 + M2V2  =  M(V1 + V2)  

   (예제) 2M 설탕수용액 0.4L와 1M 같은 수용액 1.2L를 혼합한 수용액의 M농도는  얼마인가 ?
                   ☞   2×0.4 + 1×1.2 = M×(0.4 + 1.2),      M = 1.25

                         따라서 혼합용액의 몰 농도는 1.25M 이다.

  2) 몰 농도(M) 또는 노르말 농도(N)에서 퍼센트농도(%)로의 전환은 다음 식으로 쉽게 해결할 수 있다.

                                몰  농도(M) =  (10 %농도 비중) / 분자량

   (예제) 초산(CH3COOH, 분자량 = 60) 1N 용액은 몇 %용액에 해당하는가 ?

                   ☞ 초산 1N = 60 g/L (초산의 원자가는 1이다.)
                                   = 6 g/100mL ( 6 %)

  3) 몰 농도(M) 또는 노르말 농도(N)에서 ppm 농도로의 전환

    (예제) 초산(CH3COOH, 분자량 = 60) 1N 용액은 몇 ppm 농도에 해당하는가 ?

                   ☞ 초산 1N = 60 g/L (초산의 원자가는 1이다.)
                                   = 60×1000 mg/L (= 60000 ppm)