총괄성

증기압 내림과 Raoult 법칙

비휘발성 용질은 용매가 기체로 빠져나가려는 경향을 낮춥니다. 이상용액에서는 P₁=x₁P₁°이고 x₁<1이므로 용액의 증기압이 순수 용매보다 낮습니다. 분자 간 상호작용이 이상 혼합과 크게 다르면 실제 용액은 양 또는 음의 편차를 보일 수 있습니다.

끓는점 오름과 어는점 내림

증기압이 낮아지면 외부 압력과 같아질 때까지 더 높은 온도가 필요해 끓는점이 올라가고, 액체 용액은 더 낮은 온도까지 안정하여 어는점이 내려갑니다. ΔT_b=iK_bm, ΔT_f=iK_fm에서 m은 용매 1 kg당 용질 몰수이고 i는 유효 입자 수입니다.

삼투압

묽은 용액에서는 π=iMRT입니다. 반투막을 통한 용매의 순흐름을 멈추는 데 필요한 압력차이며, 낮은 농도에서도 측정 가능해 큰 분자의 몰질량 추정에 유용합니다. 역삼투는 π보다 큰 압력을 가해 용매를 반대 방향으로 이동시킵니다.

전해질과 van ’t Hoff 인자

NaCl은 이상적으로 두 이온을 만들어 i≈2, CaCl₂는 i≈3으로 생각할 수 있습니다. 실제 i는 이온 사이 상호작용 때문에 더 작을 수 있습니다. 자당처럼 해리나 회합이 거의 없는 비전해질은 i≈1입니다.

온도 변화식에는 몰농도보다 몰랄농도

몰랄농도는 용매 질량을 기준으로 하며 질량은 온도에 거의 의존하지 않습니다. 반대로 용액 부피는 온도에 따라 변하므로 어는점·끓는점 변화식에는 몰랄농도가 더 적합합니다. 농축 용액에서는 여전히 활동도 보정이 필요합니다.

총괄성을 측정 도구로 사용하기

어는점 내림으로 몰질량 측정

미지 비전해질의 질량, 용매 질량, ΔT_f를 알면 몰랄농도에서 용질 몰수를 구하고 질량을 나누어 몰질량을 얻을 수 있습니다. 해리·회합·반응이 작고 용액이 묽어야 정확합니다.

부동액은 열역학적 절충

에틸렌글리콜은 물의 어는점을 낮추고 끓는점을 높여 냉각수의 액체 작동 범위를 넓힙니다. 그러나 실제 냉각수는 점도, 열전달, 부식 억제도 고려하므로 농도를 무작정 올리는 것이 최선은 아닙니다.

삼투와 세포

세포막은 선택적 투과성을 가지므로 삼투 구배가 세포 부피를 바꿀 수 있습니다. 생물학에서는 특정 이온과 용질이 막을 통과하는 정도까지 고려해야 하므로 단순 π=iMRT는 첫 근사입니다.

예제: 어는점 내림

비전해질 0.100 mol을 물 0.500 kg에 녹이면 m=0.200 mol kg⁻¹입니다. K_f=1.86 K kg mol⁻¹, i=1이면 ΔT_f=0.372 K이고 예상 어는점은 약 −0.372 °C입니다. 이상적 1:1 전해질이면 같은 식량 농도에서 거의 두 배입니다.

증류와 증기 조성

Raoult 법칙은 휘발성 액체의 증류도 설명합니다. 증기압이 큰 성분은 증기상에 더 많이 들어가므로 반복 증발과 응축으로 더 휘발성인 성분을 농축할 수 있습니다. 두 성분 모두 휘발성이면 완전한 기–액 평형이 필요합니다.

회합 용질은 i<1이 될 수 있다

i는 반드시 1보다 큰 값이 아닙니다. 용질 분자가 이합체처럼 회합하면 독립적으로 움직이는 입자 수가 줄어 유효 i가 1보다 작아질 수 있습니다.

연습

입자 수

같은 몰랄농도에서 포도당과 NaCl 중 이상적으로 어는점을 더 많이 낮추는 것은?

몰랄농도

ΔT_f에서 몰농도보다 몰랄농도를 선호하는 이유는?

삼투

삼투압이란 무엇입니까?