아낌없이 주는 나무

▣ 탄화수소(Hydrocarbon)는 탄소(C)와 수소(H)만으로 이루어진 유기화합물을 말한다.

▣ 탄화수소의 종류

  ⊙ 지방족 - 사슬형  - 포화탄화수소

                                 - 불포화탄화수소

                   - 고리형 - 포화탄화수소

                                 - 불포화탄화수소

                                 - 방향족

  ⊙ 방향족

     ※ 지방족에는 알칸류, 알켄류, 알킨류, 치환족이 있다.

▣ 탄화수소의 특징

  ⊙ 탄소(C) 하나에 최대 4개의 원자결합이 가능한데 다중결합으로 갈수록 결합력이 커지고, 분자반지름은 작아진다.

  ⊙ 탄화수소는 분자사이의 인력이 작으므로 녹는점, 끓는 점이 낮다.

  ⊙ 원자 사이의 인력은 공유결합으로 강하고 안정감이 높다.

  ⊙ 극성 용매에는 녹지 않으며 비극성 용매에 잘 녹는다.

  ⊙ 연소시 이산화탄소, 물이 생성되며, 연료로 많이 쓰인다.

​

1. 알케인 (Alkane)

  ① 모두 단일결합으로 이루어져 있다.

  ② 사슬모양이며 분자식은 CnH2n+2 으로 나타낸다.

  ③ 분자량이 가장 작은 것은 CH4 (메테인, 메탄)이다.

  ④ 탄소와 수소만으로 이루어져 있다.

  ※ 이성질체 (Isomer) : 분자식은 같으나 분자내에 있는 구성원자의 연결방식이나 공간배열이 동일하지 않은 화합물

​

1. 물의 전기 분해란?

​

​

2. 물의 전기 분해 화학반응식 분석

​

3. 전해질 원리 및 분석

물의 전기 분해 장치는 다음과 같이 생겼습니다.

전원 장치에서 전류를 내보내고, 전극은

물과 연결되어 있습니다.

전자(e-)는 (-)극에서 (+)극으로 이동합니다.

​

각각의 전극은 유리관으로 덮어

발생하는 기체를 모으는 것이지요.

​

여기서 잠깐

H2O의 특징을 보자면,

​

물 분자(H2O) 중 매우 극소수는

H2O → H+ + OH-

스스로 "이온화"가 되는 특성이 있습니다.

(물의 자동 이온화)

​

이온화된, H+ 와 OH-가

각각의 전극에서

수소 기체와 산소 기체가 되는 것이지요.

​

또한,

물은 매우 극소수만 스스로 이온화되므로,

순수한 물은 전기전도성이 없습니다.

​

따라서

전류가 흐를 수 있도록

추가로 "전해질"을 넣어주어야 합니다.

각각의 (+), (-) 전극은

​

(-)극 : H가 전자를 받음.

H2기체 생성↑

​

(+)극 : O가 전자를 잃음.

O2기체 생성↑

​

화학 반응식

2H2O → 2H2(-극) + O2(+극)

​

생성된 기체 부피비는

​

H2(g) : O2​(g) = 2:1 로,

​

기체가 나오는 것을 알 수 있습니다.

​

​

각각의 기체는 다음과 같이 확인할 수 있지요?

​

산소 기체(O2)는 성냥 불씨가 잘 타오름.

수소 기체(H2)는 성냥이 펑 하고 터짐.

​

​

굉장히, 간단한 실험 같지만..

​

​

실제, 화학 반응에서 각 전극에서 일어나는

반응의 원리를 조금 더 심.층.적.으로 알아보겠습니다.

​

고등학교 화학 공부를 하다 보면,

물의 전기 분해 반응식이

중학교 때 배운 반응식과 달리

​

상당히 복잡한 걸 알 수 있습니다.

​

...???!!

​

​

각 (+), (-)극에서 일어나는 반응이

너무도 생소하게 느껴지는군요..

​

​

원리를 설명하기 전에

전체 반응식을 정리해 보겠습니다.

화학반응식에서 각각의 반응식은

방정식처럼 더하고 빼는 방식이 가능합니다.

(헤스의 법칙)

반응식을 보면,

​

(+)극에서 얻은 전자(e-)의 수

=

(-)극에서 잃은 전자(e-)의 수

​

합하면 서로 "상쇄"되어 사라지지요?

​

​

각 반응식의 H+와 OH-는 합하면,

H2O분자가 되는군요.

4H+와 4OH-가 만나

4개의 물 분자(4H2O)가 생성된 걸 알 수 있습니다.

​

​

6H2O에서 생성된 4H2O를 빼주면,

최종적으로, "2H2O → O2 + 2H2" 로 정리 끝!

​

다음으로, (+), (-)극에서 일어나는

화학 반응식의 원리를 알아볼까요??

원리에 대해 알아보기에 앞서,

​

위에서 말했다시피,

H2O는 스스로 이온화가 되는 성질이 있습니다.

​

H2O → H+(수소이온) + OH-(수산화이온)

물의 자동 이온화

​

실질적으론 다음과 같지만,

2H2O → H3O+ + OH-

(H3O+ : 하이드로늄이온)

​

반응식과 설명을 간단히 하기 위해

위와 같이 나타내겠습니다.

​

이 극소수의 이온화된

H+와 OH-이 각각 (+)극과 (-)극에서

전자 이동이 일어나는 것이지요.

​

​

각각의 반응은 그림과 같습니다.

(+)극, (-)극에서 일어나는 물의 전기분해 반응

"(+)극"은 O의 전자를 전극에게 제공합니다.

(산화 반응)

​

H2O가 H+와 OH-로 이온화가 되면,

H+는 뺏길 전자가 없으니, pass!

​

OH-에서 전극에 전자(e-)를 제공합니다.

​

OH-​는 H와 O로 이루어진 공유결합이지만,

전기음성도 개념에 의하면,

​

산소(O)는 수소(H)보다

전자를 잡아당기는 힘이 훨씬 강하답니다.

전기음성도 : 산소(O) : 3.5, 수소(H) : 2.1

​

따라서,

공유결합을 하고 있지만

실질적으론, H의 전자는 O에게

빼앗긴 격이 되는 것이지요.

​

OH-​에서

산소(O)에 전자가 8개 (O2-)가 되겠지요??

여기서,

O의 여분의 "전자 2개"가

전극으로 빼앗기게 됩니다.

​

O2- → O + 2e-

​

이 산소 원자끼리 결합하여

산소기체 O2(g)​를 생성하는 것이지요.

​

반응식으로 순서대로 정리하면 다음과 같겠습니다.

​

H2O → H+ + OH-

​

→ H+ + H+ + O +2e-

​

→ 2H+ + 1/2O2(g) + 2e-

​

​

"(-)극"은 전극에서 나오는 전자를

물질이 받는 반응(환원 반응)입니다.

​

마찬가지로,

H+와 OH-로 물이 이온화되었을 때,

​

이번엔,

전자를 받아야 하므로

OH-가 아닌, 전자가 부족한

H+가 전자를 받게 되는 것이지요.

​

위의 그림을 보면

H2O 하나 당 H+가 전자(e-) 1개를 받습니다.

H2O → H+ + OH- + e- → 1/2H2(g) + OH-

​

(+)극과 "잃고 얻은 전자의 수"​를 맞추기 위해선

전체 반응을 2배를 해야겠군요.

​

2H2O + 2e- → H2(g) + 2OH-

​

각각의 반응식에 x2를 해주면,

처음의 그림과 같은 화학 반응식이 나오는군요!!

​

(+)극은 OH-가 전자를 잃고(산화), O2(g) 생성

(-)극은 H+가 전자를 얻어(환원), H2(g) 생성

​

된다는 걸 알 수 있습니다.

​

​

최소 고등학교 화학1 이상의 개념이 필요하므로

중학교 학생들에겐 어렵게 느껴지겠습니당..

​

​

다음으로,

더욱 복잡한..

전해질의 원리를 알아볼까요??

​

전해질이란..?

​

전기 전도성이 없는 순수한 물(H2O)이

전류가 흐를 수 있도록 넣어주는 물질을

전해질이라 합니다.

​

​

전해질 원리를 그림으로 볼까요??

황산나트륨(Na2SO4)전해질의 흐름

전해질이 있는 수용액에 전류가 흐르면,

​

(-)극에서 오는 전자를 받기 위해,

양이온 (Na+)가 이동.

​

(+)극에 전자를 내보내기 위해,

음이온 (SO42-)가 이동.

​

그림과 같이 양이온과 음이온이

각각의 극으로 이동하여 전자를

제공받거나 제공하려 하지요.

​

but,

​

(-)극을 보면 실제로 전자(e-)를 제공받는 것은

Na+가 아닌 근처의 H+가 대신 제공받아

"H2가 생성"되는 것이지요.

Na+보다 H+가 더 전자를 받기 선호한다는 뜻.

(H+가 Na+보다 "환원"되려는 성질이 더 강함.)

​

​

(+)극도, SO42-가 전자​를 제공하는 것이 아닌,

근처의 OH-이 전자를 제공하는 것이지요.

SO42-보다 OH-속 O가 전자를 더 제공하기 쉽다는 뜻.

(SO42-보다 OH-가 "산화"되려는 성질이 더 강함.)

​

다소 의미가 어렵지요??

​

다시 말해,

전해질의 양이온과 음이온이

H+, OH-와 전자를 받거나 얻는 과정에서

"경쟁"한다는 뜻입니다.

누가 더 전자를 원하는가..?! ㅇ.ㅇ

​

​

누가 더 산화, 환원되려는 성질이 강한가에 따라

전해질이 될 수도 있고 아닐 수도 있습니다.

예를 들어,

전해질이 염화 구리CuCl2(aq)를 보겠습니다.

(-)극에서 H+대신, Cu2+가 전자를 받게 되면서,

Cu가 (-)극에서 석출되어 버립니다.

Cu2+가 전자를 얻으려는 성질이 더 강함.

​

(+)극에서도 Cl-가 전자를 제공하게 되면서,

Cl2(g)가 나오게 됩니다.

Cl-가 전자를 제공하려는 성질이 더 강함.

​

따라서,

CuCl2는 물의 전기분해 실험에서

"부적합한 전해질"이 되는 것이지요...

​

그림을 보면 볼트(V)가 있는 걸 알 수 있듯이,

이쪽과 관련된 개념은

"전기화학 개념"이랍니다.

내용을 이해하기엔 다소 어려움이 있지요..

​

​

흔히, 우리가 아는 개념으로는

금속의 이온화 경향성 크기가 있습니다.

​

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn … > H > Cu > Hg …

​

각각의 원소가

이온화되려는 경향의 크기를 나타내지요.

Na → Na+

H → H+

Cu → Cu2+

​

Na은 H보다

Na+로 남으려는 성향이 더 강하기 때문에,

(-)극에서 전자가 들어오면,

H+가 받게 되지만,

​

Cu는 H보다

Cu2+로 남으려는 성향이 더 약하므로,

(-)극에서 전자가 들어오면

H+보다 먼저 전자를 챙겨 "환원" 되는 것이지요.

고등과정에선 이 정도 선으로만, 이해하셔도 충분합니당.

원소마다 전자를 얻는 정도를

(물질이 환원되려는 정도)

1M, 1atm에서 "H+, 0V를 기준"으로

전압으로 나타내는

대표적인 "표준 환원 전위 표"가 있습니다.

간단히만, 설명하자면

각 물질이 "환원될 때의 전압"을 나타낸 것이랍니다.

​

전압(V)이 높을수록 "환원"이 잘 됨. (산화가 잘 안됨.)

전압(V)이 낮을수록 "산화"가 잘 됨. (환원이 잘 안됨.)

​

표에서 Na+를 보면, -2.71V군요.

산화되려는 성질이 강한 놈입니다.

​

(-)극에서 환원 반응이 일어날 때,

Na+, H2O, Cu2+

를 비교해 볼까요?

​

Na+ : -2.71V

​

(-)극 H2O 반응 : -0.83V

표에서, 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 참고

​

Cu2+​ : +0.34V

​

"전압 크기 순서"로 정리하면,

​

Cu2+ > H2O > Na+

​

즉, Cu2+가 환원되려는(전자를 얻는)성향이

가장 강하기에 H+보다 Cu2+ 우선적으로

전자를 받아 Cu(s)으로 석출되는 것이지요.

​

​

(+)극은 OH-나 전해질의 음이온이

산화 반응(전자를 잃는)이 일어나는 곳이지요?

​

다시 말해

OH-보다 산화하려는 성향이 약해야,

OH-가 먼저 산화되겠지요.

​

산화가 약하다는 것은,

환원하려는 성질이 강하다는 것이지요?

​

환원되려는 성질이 강한 놈은

표에서 오른쪽 위에 있는 물질들입니다.

17족 원소인 F가 있지요.

+2.87V로 가장 높게 나타납니다.

​

이러한 물질들은 환원되려는 경향이 강하니

본인이 산화되기 싫어하는 물질입니다.

​

(+)극의 물의 반응에서

환원전위 값이 1.23V이니

​

이보다 더 높은 값을 갖는 물질들은

(+)극에 작용하는 음이온으로써

적합한 전해질이 될 수 있는 것이지요.

​

단!

​

표의 기준이 모두 들어맞는 것은 아닙니다.

Cl-와 같은 경우,

환원전위가 1.23V보다 높지만,

Cl-는 OH-보다, (+)극에서 먼저

산화되어 Cl2(g)를 생성하기도 합니다.

(Cl-는 부적합한 음이온)

​

위의 표와 달리

실제 분해반응에서 OH-가 산화하기 위해선

더 높은 전압이 요구되기 때문이지요..

이러한 현상을 과전압이라고 합니다.

​

표는 어느 정도 참고 자료가 될 뿐입니다.

​

전해질로 쓰일 수 있는 대표적인 음이온들은

표에는 없지만,

SO42-, NO3- 등이 있습니다.

​

이러한 놈들은 앵간해선 산화하지 않기 때문에,

(+)극에서, H2O의 OH-가 산화하게 되는 것이지요.

​

#전기분해 #전기화학 #음극 #양극 #산화 #전자 #음이온 #전해질

1. 당량

 ▣ 당량은 영어로 equivalent weight 을 말한다.

      즉, 당량의 '량(量)'은 weight인 질량을 말한다.

      당량은 질량의 개념이다.

 ▣ 화학반응에서 당량은 아래 3곳에서 사용된다.

   ① 원소의 당량

   ② 산, 염기의 당량

   ③ 산화제, 환원제의 당량

 ▣ 이 중에서 가장 기본적인 원소의 당량에 대해 알아 보자.

   ⊙ 원소의 당량은 다음 식으로 나타낸다.​

여기서, 원자량은 탄소의 원자량을 12로 했을 때 다른 원소들의 상대적인 질량개념이다.

상대적인 값이므로 원자량의 단위는 없다.

   ex : C = 12, H = 1, O = 16, N = 14

원자가는 원소의 화학적 특성으로 '반응할 수 있는 최외각 전자수'라고 보면 된다.

     ex : H = 1, O = 2, C = 4, N = 3

​

이제 산소의 당량을 알아 보자.​

이제 공식처럼 외우기 전에 당량의 숨은 의미를 알아보자.

산소를 예로 든다면 원자 상태에서 불안전한 산소 원자가 화학반응을 할 때

안전한 비활성기체인 Ne (원자번호 10) 처럼 되기 위해서 보통 전자 2개가 필요한데

당량의 개념은 반응에 참여하는 전자수 1개 기준으로 정의된 질량을 말한다.

즉, 산소원자 1개가 전자 1개와 결합할 때 필요한 산소원자의 원자량이 산소원소의

당량인 것이다.

​

#당량 #원자가 #당량수 #원소 #질량 #원자량

화학의 기본이 되는 핵심 개념 중 하나인 산화수에 대해 알아 봅시다.

산화수는 화합물 내에서 원소의 산화 또는 환원 상태를 나타내는 중요한 지표로서,

화학 반응을 이해하는 데 필수적인 개념입니다.

산소가 화학반응하는 하는 것 뿐만 아니라 일상적인 화학 반응에서도 산화수가 어떻게 작용하는지

그 중요성과 변화 과정을 함께 살펴 봅시다.

쉽고 명확한 설명을 통해 산화수가 무엇인지,

이를 통해 화학 반응을 어떻게 분석할 수 있는지 알아보겠습니다.

​

산화수의 개념과 중요성

산화수는 화합물이나 이온에서, 원자가 가지고 있는 전자의 상태를 설명해 주는 숫자입니다.

간단히 말해서, 이 숫자는 해당 원소가 전자를 얼마나 많이 잃었거나 얻었는지를 나타냅니다.

더 나아가, 이 산화수를 통해 화합물 내에서의 원자 간 전하 분포를 이해할 수 있으며,

화학반응이 산화인지 환원인지를 판단하는 기준이 됩니다.

따라서 적절한 산화수를 파악하고 이해하는 것은 화학 반응을 예측하고 설명하는 데 매우 중요합니다.

​

산화수 결정 방식 및 의미

산화수를 결정하는 방식은 몇 가지 기본 규칙에 따릅니다.

예를 들어 순수한 원소의 산화수는 언제나 "0"이 되고,

이온화된 원소의 산화수는 이온의 전하와 같습니다.

또한, 복합 이온이나 화합물에서는 전체 산화수의 합이 "0"이 되거나 이온의 전하와 같아야 합니다.

이러한 규칙을 적용하여 각 원소의 산화수를 결정함으로써, 화합물의 화학적 특성을 파악할 수 있습니다.

​

위에서 말한 내용을 다시 정리하면

​

▣ 산화수는 화학 반응에서 물질이 가지는 전하의 상대적인 양을 나타내는 값입니다.

​

▣ 이온 결합 : 양이온과 음이온이 결합하여 이루어지는 결합으로,

     양이온의 산화수는 + 전하량과 같고, 음이온의 산화수는 - 전하량과 같습니다.

​

▣ 공유 결합 : 원자들이 전자쌍을 공유하여 이루어지는 결합으로,

     공유 전자쌍을 이루는 전자들은 두 원자가 공유하므로 어느 한 쪽의 산화수라고 말할 수 없습니다.

     하지만, 공유 결합을 이루는 원자들 중에서도 전기음성도가 큰 원자가 전자를 더 많이 끌어당기므로,

     전기음성도가 큰 원자의 산화수는 상대적으로 크다고 할 수 있습니다.

​

▣ 산화수가 변하는 반응을 산화 - 환원 반응이라고 합니다.

​  ⊙ 산화 반응 : 물질이 산화수가 증가하는 반응입니다.

  ⊙ 환원 반응 : 물질이 산화수가 감소하는 반응입니다.

​

▣ 산화 - 환원 반응은 화학 반응에서 중요한 역할을 하며, 우리 주변에서 일어나는 다양한 화학 반응에서 발생합니다.

      또한, 산화-환원 반응은 화학 전지, 금속의 제련, 화학 물질의 합성 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

​

【산화수 규칙】

​

산화수 계산 규칙은 다음과 같습니다.

 ​ ① 홑원소 물질의 산화수는 0입니다.

       예를 들어, 탄소(C)는 홑원소 물질로, 산화수가 0입니다.

​

  ② 1원자 이온의 산화수는 전하와 동일합니다.

       예를 들어, 수소 이온(H+)은 1원자 이온으로, 전하가 +1이므로 산화수가 +1입니다.

​

  ③ 화합물의 모든 원자의 산화수 총합은 0입니다.

       예를 들어, 물(H2O)에서 수소(H)의 산화수는 +1이고, 산소(O)의 산화수는 -2이므로,

        두 원자의 산화수 총합은 0입니다.

​

  ④ F의 산화수는 항상 -1입니다.

       이는 플루오린(F)의 전기음성도가 크기 때문입니다.

​

  ⑤ H의 산화수는 +1입니다.

       다만, 금속과 결합할 때는 -1이 됩니다. 예를 들어, NaH에서 수소의 산화수는 -1입니다.

​

  ⑥ 다원자 이온의 산화수는 이온의 전하와 같습니다.

       예를 들어, 황산 이온(SO42-)에서 황(S)의 산화수는 -2이고, 산소(O)의 산화수는 -2이므로, 이온의 전하와 같습니다.

​

【화합물의 산화수】

​

산화수 규칙을 이용하여 산화수를 계산할 수 있습니다.

​

예를 들어, 다음과 같은 화학 반응식에서 산화수를 계산해 봅시다.

​

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3

NaCl에서 나트륨(Na)의 산화수는 +1이고, 염소(Cl)의 산화수는 -1입니다.

AgNO3에서 은(Ag)의 산화수는 +1이고, 질소(N)의 산화수는 +5이며, 산소(O)의 산화수는 -2입니다.

​

AgCl에서 은(Ag)의 산화수는 +1이고, 염소(Cl)의 산화수는 -1입니다.

NaNO3에서 나트륨(Na)의 산화수는 +1이고, 질소(N)의 산화수는 +5이며, 산소(O)의 산화수는 -2입니다.

​

위의 반응에서 나트륨은 산화수가 +1에서 0으로 감소했으므로 환원되었고, 은은 산화수가 0에서 +1로 증가했으므로 산화되었습니다.

​

【 산화수의 계산 】

​

① H2O

  가장 보편적인 용매인 물의 산화수에 대해 알아 봅시다.

  홑원소의 산화수는 이온의 전하와 동일하므로 O의 산화수는 -2 가 됩니다.

  이 때 H의 산화수는 +1이 되어야 화합물의 총합이 "0"이 됩니다.

  (산화수 -2인 O 1개, 산화수가 +1인 H 2개를 더하면 0)

​

② Fe2O3

  O의 산화수는 -2가 됩니다. 이 때, Fe의 산화수는 +3이 되어야 총합이 "0"이 됩니다.

  (산화수가 -2인 O 3개, 산화수가 +3인 Fe 2개를 더하면 0)

​

③ ClF5

  F의 산화수는 -1 입니다. 그러므로 Cl의 산화수는 +5가 됩니다.

​

④ KMnO4

  K, Mn, O4 이 세 원소로 나누어 생각하면 됩니다.

  O의 산화수는 -2이고, K의 산화수는 +1입니다. 그러므로 남은 Mn의 산화수는 +7이 됩니다.

​

⑤ NH4+

  H의 산화수는 +1입니다. 하지만 암모니아기 NH4+는 +1 이온이기에 원자의 산화수 총합이 +1 이어야 합니다.

  그러므로 N의 산화수는 -3 입니다.

​

⑥ NO3-

  O의 산화수는 -2입니다. 산화수 총합이 -1 이어야 하므로 N의 산화수는 +5 입니다.

​

【산화 · 환원 반응식에서 산화수 활용】

​

이제 화학반응식에서 어떤 물질이 산화반응을 일으켰고, 어떤 물질이 환원반응을 일으켰는지 알아봅시다.

산화수가 증가하면 산화반응이 일어난 것이고 산화수가 감소하면 환원반응이 일어 난 것입니다.

​

다음 몇가지 산화 · 환원반응식을 살펴 봅시다.

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO

반응전 : 홑원소 C의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2 이므로 Fe는 +3의 산화수를 갖게 됩니다.

반응후 : Fe의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2이고 C의 산화수는 +2가 됩니다.

∴ Fe는 산화수가 감소하였고, C는 산화수가 증가하였으므로 Fe2O3는 환원반응을 하였고, C는 환원반응을 한 것입니다.

​

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu

반응전 : Zn의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2이고, Cu의 산화수는 +2 이므로 S의 산화수는 -6이 됩니다.

반응후 : Zn의 산화수가 +2로 증가하였고, O의 산화수는 그대로 -2이므로 S의 산화수는 -6 입니다.

Cu의 산화수는 "0"이 되었습니다.

∴ Zn은 산화수가 증가하였고, Cu는 산화수가 감소하였으므로 Zn은 산화반응을 하였고 CuSO4은 환원반응을 한 것입니다.

​

CO + H2O → CO2 + H2

반응전 : O의 산화수는 H2O와 CO에서 모두 -2 입니다.

따라서 C의 산화수는 +2이고, H의 산화수는 +1입니다.

반응후 : C의 산화수가 +4로 증가하였고 H의 산화수는 "0"으로 감소하였습니다.

∴ C는 산화수가 증가하였고, H는 산화수가 감소했으므로 CO는 산화반응을 하였고, H2O는 환원반응을 하였습니다.

​

#산화수 #산화반응 #환원반응 #산화환원반응 #홑원소 #화합물 #화학반응 #이온결합 #공유결합

농도에 관한 문제는 고등학교, 대학교, 그리고 자격증 시험에서 자주 등장하는

중요한 문제 유형 중 하나입니다.

​

몰농도, 몰농도공식, 몰랄농도, 퍼센트농도 등

다양한 농도 유형이 존재하므로,

​

이 개념들을 제대로 이해하지 못하면 혼란스러울 수 있습니다.

​

이 글에서는 이 세 가지 농도를 자유롭게 변환하고

몰농도공식 계산하는 방법에 대해 설명하려고 합니다.

1. 몰농도

▣ 몰농도는 용질의 몰 수를 용매의 부피(ℓ)로 나눈 값으로 정의됩니다.

​

여기서 용질의 몰 수는 몰(mol) 단위를 말하며, 용매의 부피는 리터(ℓ) 단위로 계산됩니다.

​

공식만으로는 이해가 어려울 수 있으니,

예제를 통해 설명하면 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

연습문제 1.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 몰농도는 몇 M일까요?

NaCl 58.44g은 용질로 사용되었고,

1ℓ 물에 녹였으므로, 1ℓ의 물은 용매의 부피가 됩니다.

용질의 몰 수를 구하기 위해 NaCl의 분자량으로 질량을 나누어 몰 수를 계산합니다.

​ (질량 / 분자량 = 몰 수) 이 공식으로 몰 수를 구하고,

이를 용매의 부피로 나누면 1M(몰농도)를 얻을 수 있습니다.

​

2. 몰랄농도

​

몰랄농도는 용매 1kg당 녹아 있는 용질의 몰 수를 나타내며, 용질의 몰 수를 용매의 질량(kg)으로

나눈 값으로 정의됩니다.

​

연습문제 2.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 몰랄농도는 몇 m일까요?

1번 문제와 마찬가지로 용질의 몰 수를 계산한 후,

용매의 부피를 질량으로 환산해야 합니다.

​

물 1ℓ의 부피를 cm3로 환산하고, 물의 밀도(1g / cm3)를

이용해 질량으로 환산합니다.

​

이를 통해 계산하면 1m(몰랄농도)를 얻을 수 있습니다.

3. 퍼센트농도

​

퍼센트농도는 용질의 질량을 용액의 총 질량으로 나눈 후 100을 곱해 얻는 값입니다.

​

이는 용매에 얼마나 많은 용질이 포함되어 있는지를 백분율로 나타낸 것입니다.

​

연습문제 3.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 퍼센트농도는 몇 %일까요?

​

퍼센트농도를 구하기 위해, 용질의 질량과 용액의 총 질량을 계산해야 합니다.

​

용매의 질량을 구한 후, 용질의 질량을 더해 용액의 총 질량을 구합니다.

​

이를 통해 계산하면 5.52%의 퍼센트농도를 얻을 수 있습니다.

​

이 글을 통해 몰농도, 몰랄농도, 몰농도계산 퍼센트농도에 대해 알아보았습니다.

​

이 세 가지 농도는 시험뿐만 아니라 실무에서도 널리 사용됩니다.

​

공식을 사용할 때 단위 변환을 정확히 하는 것이 중요하며,

몰 수를 구하기 위해서는 화합물의 분자량을,

부피를 질량으로 환산할 때는 물질의 밀도를 알아야 합니다.

​

#몰농도 #몰랄농도 #퍼센트농도 #밀도 #부피 #질량 #용매 #용질 #용액

​

화학에서 아주 중요한 개념인 '몰농도'에 대해 알아 봅시다.

​

몰농도란 무엇일까요 ?

몰농도는 용액 1리터 속에 들어있는 용질의 몰 수를 나타내는 것입니다.

쉽게 말하면, 물 같은 용매에 얼마나 많은 양의 물질이 녹아 있는지를 나타내는 것입니다.

​

몰농도의 단위는 M(몰라, molar)이죠.

예를 들어, 1M 설탕물은 물 1리터(ℓ)에 설탕 1몰(mol)이 녹아 있는 것을 나타냅니다.

​

몰농도를 구하는 공식은 이렇습니다.

몰농도 (M) = 용질의 몰(mol) 수 / 용액의 부피 (ℓ)

​

이제 몰농도(M)에 대해 더 자세히 알아봅시다.

​

1. 몰농도의 의미

 ▣ 몰농도는 용액의 진하기를 나타내는 방법 중 하나입니다.

     진하다는 것은 용질이 많이 녹아 있다는 뜻이고,

     묽다는 건 용질이 적게 녹아 있다는 뜻입니다.

​

2. 몰농도의 예시

  ▣ 0.1M 소금물 : 물 1리터에 소금 0.1몰이 녹아 있는 수용액의 농도를 말합니다.

  ▣ 2M 설탕물 : 물 1리터에 설탕 2몰이 녹아 있는 수용액을 말합니다.

​

3. 몰농도 계산하기

  ▣ 예를 들면, 물 500 ㎖에 소금 29.25 g을 녹였다고 한다면

       소금의 분자량이 58.5g / mol이라면 몰농도는 어떻게 될까요?

  ▣ 풀이

    ① 먼저 소금의 몰 수를 구합니다.

         29.25g ÷ 58.5 g /mol = 0.5mol

   ② 용액의 부피를 리터(ℓ)로 바꿉니다.

        500 ㎖ = 0.5 ℓ

   ③ 몰농도 산정 공식에 대입합니다.

        몰농도 = 몰수 / 부피(ℓ) = 0.5 mol / 0.5 ℓ = 1 M

​

   따라서 이 소금물의 몰농도는 1M 입니다.

​

4. 몰농도의 활용

  ▣ 몰농도는 화학 실험에서 정말 많이 사용됩니다.

      예를 들어, 산과 염기의 반응을 연구할 때나 약품을 만들 때

      몰농도를 이용해 정확한 양을 계산합니다.

​

5. 몰농도와 일상생활

  ▣ 우리 일상생활에서도 몰농도 개념을 찾아볼 수 있죠.

       예를 들어, 주스를 물로 묽게 만들 때도 비슷한 원리를 사용합니다.

​

이제 몰농도를 응용하여 삼투압 몰농도에 대해 알아 봅시다.

​

삼투압 몰농도란 무엇일까요?

삼투압 몰농도는 용액의 삼투압을 나타내는 방법입니다.

삼투압은 반투막을 사이에 두고 물이 이동하도록 하는 힘(압력)을 말합니다.

​

삼투압 몰농도의 단위는 Osm(오스몰, osmole) 입니다.

​

삼투압 몰농도를 구하는 공식은 아래와 같습니다.

삼투압 몰농도 (Osm) = i × 몰농도 (M)

여기서 i는 반트호프 계수라고 하고 이는 이온화 정도에 따라 달라집니다.

​

​

삼투압 몰농도의 예를 들어 봅시다.

  ◈ 0.9% 생리식염수 : 혈액과 같은 삼투압을 가져서 우리 몸에 주사할 수 있어요.

  ◈ 5% 포도당 용액 : 수액으로 많이 사용되는 용액이에요.

​

삼투압 몰농도 계산하기

예를 들어,

  0.1 M NaCl 용액의 삼투압 몰농도를 구해봅시다.

  이때 NaCl의 반트호프 계수는 2라고 합시다.

​

풀이 :

삼투압 몰농도 (Osm) = i × 몰농도 (M)

삼투압 몰농도 = 2 × 0.1M = 0.2 Osm

​

따라서 이 용액의 삼투압 몰농도는 0.2 Osm 입니다.

​

몰농도와 삼투압 몰농도는 화학뿐만 아니라 생물학, 의학에서도 아주 중요한 개념입니다.

예를 들어, 우리 몸의 세포가 적절한 삼투압을 유지하는 것이 건강에 매우 중요하기 때문입니다.

​

이렇게 몰농도와 삼투압 몰농도에 대해 알아보았습니다.

​

#몰농도 #몰랄농도 #삼투압 #농도 #삼투압몰농도

1. 당량

  ▣ 당량은 영어로 equivalent weight 이다.

       즉, 당량의 량(量)은 weight 인 질량을 말한다.

       당량은 질량의 개념이다.

  ▣ 화학반응에서 당량은 아래 3분야에서 사용된다.

      ① 원소의 당량

      ② 산, 염기의 당량

      ③ 산화제, 환원제의 당량

  ▣ 이 중에서 가장 기본적인 원소의 당량에 대해 알아 보자.

       원소의 당량은 다음 식으로 나타낸다.​​

   ⊙ 여기서, 원자량은 탄소의 원자량을 12로 했을 때 다른 원소들의 상대적인 질량을 말한다.

       상대적인 값이므로 원자량의 단위는 없다.

       ex : C = 12,       H = 1,       O = 16,        N = 14

   ⊙ 원자가는 원소의 화학적 특성으로 '반응할 수 있는 최외각 전자수'라고 할 수 있다.

      ex :   H = 1,        O = 2,       C = 4,         N = 3

  이제 산소의 당량을 알아 보자.​

이제, 공식처럼 외우기 전에 당량의 숨은 의미를 알아 보자.

산소를 예로 든다면 원자상태에서 불안정한 산소원자가 화학반응을 할 때

안전한 비활성기체인 Ne (원자번호 10) 처럼 되기 위해서 보통 전자 2개가 필요한데,

당량의 개념은 반응에 참여하는 전자수 1개 기준으로 정의된 질량을 말한다.

즉, 산소원자 1개가 전자 1개와 결합할 때 필요한 산소원자의 원자량이 원소의 당량인 것이다.

​

1. 퍼센트 (%) 농도

  ▣ 용액의 질량과 용질의 질량을 알 때 퍼센트(%) 농도를 사용한다.

       퍼센트 농도의 단위는 백분율 [%] 이다.​

  ▣ 퍼센트 농도는 부피에 관계없는 값이므로 온도나 압력이 바뀌어도 농도가 바뀌지 않는다는 장점이 있고,

       계산이 매우 쉬운 편이다.

  ▣ 그렇지만 용질의 종류마다 분자량이 다름에도 불구하고 단순히 질량만을 고려하기 때문에 입자 수에 대한 비교가

        어렵다.

​

2. 몰 농도 (M)

  ▣ 온도가 일정할 때 사용하며 용액의 부피 대비 용질의 몰 수로 나타낸다.

       기호로는 M을 사용하며, 액체의 경우 부피 측정이 질량 측정 보다 용이하므로 몰 농도를 사용한다.​​

     실험실 등에서는 용량 몰농도에 의한 표시가 가장 널리 사용된다.

3. 노르말 농도 (N)

  ▣ 규정농도 · 당량농도라고도 하며, 용액 1ℓ 속에 녹아 있는 용질의 g 당량수로 나타낸다.

       기호로는 N으로 표시하며 산 · 알칼리의 중화반응 또는 산화제와 환원제의 산화 · 환원 반응의 계산 등에 사용한다.

    ⊙ 노르말 농도 = 몰 농도 × 가수 (당량수 (eq/mol))

​

4. 몰랄 농도 (m)

  ▣ 몰랄 농도는 라울의 법칙이나 삼투압 측정 등에 사용된다.

        기호로는 m을 사용하며 온도에 따라 농도가 변하지 않아야 하는 경우에 사용된다.​​

※ 용매, 용질, 용액

◈ 용매 : 녹이는 물질

◈ 용질 : 녹아 들어가는 물질

◈ 용액 : 서로 다른 순물질이 균일하게 섞여 있는 혼합물

☆ M (몰 농도)× V (부피) = mole(몰수)