용액의 몰랄농도는 어떻게 계산하나요?

용액의 몰랄 농도, 흔히 몰랄농도(molality)라고 불리는 이 개념은 용액의 농도를 나타내는 중요한 지표 중 하나입니다. 몰 농도(molarity)와 혼동하기 쉬우나, 용매의 질량을 기준으로 하기 때문에 온도 변화에 따른 부피 변화의 영향을 받지 않는다는 큰 장점을 가지고 있습니다. 따라서 온도 변화에 민감한 정밀 화학 실험이나 열역학적 계산에 몰랄 농도를 사용하는 것이 더욱 적합합니다.

몰랄 농도를 계산하는 방법은 간단하지만, 정확한 계산을 위해서는 용질과 용매의 정확한 질량을 아는 것이 필수적입니다. 계산 과정은 다음과 같습니다.

1. 용질의 몰수(n) 계산:

먼저, 용액에 녹아있는 용질의 몰수를 계산해야 합니다. 몰수는 다음 공식을 이용하여 계산할 수 있습니다.

몰수 (n) = 용질의 질량 (g) / 용질의 몰 질량 (g/mol)

여기서 용질의 몰 질량은 주기율표를 이용하여 용질을 구성하는 원자들의 원자량을 합산하여 구할 수 있습니다. 예를 들어, 설탕(수크로스, C₁₂H₂₂O₁₁)의 몰 질량은 탄소(12.01 g/mol) 12개, 수소(1.01 g/mol) 22개, 산소(16.00 g/mol) 11개의 원자량을 합산하여 약 342.3 g/mol이 됩니다. 만약 34.23g의 설탕을 사용했다면, 설탕의 몰수는 34.23g / 342.3 g/mol = 0.1 mol 입니다.

2. 용매의 질량(m) 측정:

용매의 질량은 용액 전체의 질량에서 용질의 질량을 뺀 값으로 구할 수 있습니다. 용매의 질량은 보통 kg 단위로 표시합니다. 만약 설탕 34.23g을 물에 녹여 총 용액의 질량이 1034.23g이었다면, 물의 질량은 1034.23g – 34.23g = 1000g = 1kg 입니다.

3. 몰랄 농도(m) 계산:

마지막으로, 몰랄 농도는 다음 공식을 이용하여 계산합니다.

몰랄 농도 (m) = 용질의 몰수 (n) / 용매의 질량 (kg)

위의 예시를 계속해서 사용하면, 설탕 용액의 몰랄 농도는 0.1 mol / 1 kg = 0.1 mol/kg 입니다. 이것은 1kg의 물에 0.1몰의 설탕이 녹아있다는 것을 의미합니다.

몰랄 농도와 몰 농도의 차이:

몰랄 농도는 용매의 질량을 기준으로 하지만, 몰 농도는 용액의 부피를 기준으로 합니다. 온도가 변하면 용액의 부피는 변하지만, 용매의 질량은 거의 변하지 않습니다. 따라서 몰랄 농도는 온도 변화에 덜 민감합니다. 반면 몰 농도는 온도 변화에 따라 값이 변할 수 있습니다. 정확한 농도 표현이 필요한 경우, 특히 온도 변화가 있는 상황에서는 몰랄 농도를 사용하는 것이 더욱 적절합니다. 두 농도 단위의 혼동을 피하고, 상황에 맞는 적절한 농도 표현을 사용하는 것이 중요합니다. 계산 과정에서 단위에 주의하여 정확한 값을 얻도록 해야 합니다.

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