몰 농도

진한 오렌지 주스 원액에 물을 부으면 색이 옅어지고 맛도 싱거워진다. 그런데 컵 속 주스 성분의 양이 줄어든 것은 아니다. 화학 실험에서 정확한 농도의 용액을 만들고 묽힐 때, 무엇이 그대로 남고 무엇이 변하는지를 어떻게 셈할까?

덜어 낸 1.0 M 용액 (mL)

물을 부어 맞춘 전체 부피 (mL)

4.2.1몰 농도

중학교에서는 용액 100 g에 녹은 용질의 질량으로 퍼센트 농도를 나타냈다. 그런데 화학 반응은 입자의 개수 비로 일어나므로, 용액의 일정한 부피에 용질이 몇 몰 들어 있는지를 알면 훨씬 편하다. 피펫이나 뷰렛으로 부피를 재기만 하면 그 속의 몰수를 곧바로 알 수 있기 때문이다.

여기서 부피는 용매가 아니라 용액 전체의 부피이다. 그래서 정확한 몰 농도의 용액을 만들 때는 용질을 먼저 비커에서 조금의 물에 녹인 뒤 부피 플라스크로 옮기고, 눈금선까지 물을 채워 전체 부피를 맞춘다.¹

4.2.2묽힘

실험실에서는 진한 원액을 한 번 만들어 두고, 필요할 때마다 덜어서 묽혀 쓰는 일이 많다. 진한 용액에 물을 더 부으면 용액의 부피는 늘지만 용질의 몰수는 그대로이다. 몰수 \(n = MV\)가 변하지 않으므로, 묽히기 전 농도와 부피를 \(M_1\), \(V_1\), 묽힌 뒤를 \(M_2\), \(V_2\)라 하면 다음이 성립한다.

그림 1의 슬라이더로 덜어 낸 원액의 양과 맞춘 전체 부피를 바꾸어 보자. 점으로 나타낸 용질의 양은 덜어 낸 원액의 양으로만 정해지고, 전체 부피를 늘려도 그대로이다. 같은 수의 점이 더 넓게 퍼지므로 농도가 낮아진다.

4.2.3예제 풀이

필요한 몰수는 \(n = MV = 0.100 \times 0.250 = 0.025\) mol이고, 질량은 \(0.025 \times 40 = 1.0\) g이다. 1.0 g을 녹여 부피 플라스크에서 250 mL로 맞춘다.

50 mL 속 몰수는 \(0.100 \times 0.050 = 0.005\) mol이다. 200 mL로 묽혀도 몰수는 그대로이므로 \(M_2 = \dfrac{0.005}{0.200} = 0.025\) M이다. \(M_1V_1 = M_2V_2\)로 쓰면 \(0.100 \times 50 = M_2 \times 200\)에서 같은 답이 나온다. 부피가 4배가 되었으니 농도는 \(\tfrac{1}{4}\)이 되었다.

산을 묽힐 때는 반드시 물에 산을 조금씩 넣어야 한다. 진한 황산에 물을 부으면 열이 한꺼번에 나서 끓어 튈 수 있다. 아래 탐구 카드에서 정확한 용액 만들기와 묽힘을 직접 해 보자.

1. 용질을 녹이면 용액의 부피는 용매와 용질의 부피를 단순히 더한 값과 다를 수 있다. 에탄올 50 mL와 물 50 mL를 섞으면 100 mL보다 조금 적은 용액이 된다. 그래서 전체 부피를 직접 맞추는 것이다.