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제주위의 지인들중에 화학2를 가르치는분이 많이 받는 질문이 라울의 법칙에서 용질의 종류에 관계없이 용매의 종류에 따라 관계있다라고 하는 내용에 대해서 그럼 용질의 종류에는 전혀 상관관계가 없는지에 대해서 질문을 많이 한다고 합니다. 끓는점 오름, 어는점 내림의 현상은 물리적현상이기 때문에 용질의 종류에는 관계없다고 설명은 하는데 저두 사실 이부분에 대해서 궁금해 왔습니다
일반화학책을 보고는 있지만 여전히 의문점은 남아 있습니다
그럼 다시 한번 답변 기대해 보겠습니다
다들 행복한날 되세요
- 라울의 법칙
- 이상용액
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이응신님의 답변
2011-08-09- 3
화학전공이 아니라서 확실하게 답을 하지 못하나, 열역학을 가르치고 있으므로 어느 정도 답은 될 듯 합니다.
라울의 법칙이란 용매에 용질이 들어와서 녹을 때 용액의 증기압이 용매 상태와 얼마나 달라지느냐를 따지는 법칙입니다. 조건은 이상용액이라고 가정을 합니다. 이것을 이해하기 위해서는 일단 증기압을 이해해야 합니다.
증기압은 용매가 (액체라고 가정할 때) 주어진 온도에서 닫힌 공간이라고 가정할 때 표면장력을 이겨내고 진공으로 분자가 튀어나가는 수와 다시 용매로 들어오는 분자수가 평형을 이룰 때 벽면에 작용하는 압력입니다. 여기에 용질을 섞어넣는다면 용질이 '녹아서' 용매에 들어가 용액을 이룰 때 용액이 만드는 증기압을 측정하여 원래 용매의 증기압과 비교를 합니다.
이상용액을 가정하는 라울의 법칙은 용매에 용질이 녹더라도 표면장력의 변화가 크지 않아(즉, 분자력의 크기 변화가 별로 없어) 용매상태와 별반 다르지 않을 때를 가정한 상태에서 나오는 법칙입니다. 다른 말로 용매에 용질이 녹더라도 엔탈피 변화가 별로 없다는 가정을 합니다.
당연히 용질이 녹아서 표면의 용매 분자수를 감소시킨다면 용매 분자가 진공으로 튀어나가는 분자수가 줄어들기 때문에 증기압이 낮아지겠요. 이런 사실로 라울의 법칙은 용질의 양에 따른 증기압의 변동으로 몰량이나 분자량을 측정할 수 있습니다.
그러나 용질이 비휘발성이냐 휘발성이냐, 전해질이냐 비전해질이냐 따라서 표면에 존재하는 용질의 분자수와 용매의 분자수가 달라지므로 증기압에 영향을 주게 됩니다. 그래서 이상용액에 아니라면 라울의 법칙에서 약간 씩 벗어나게 됩니다.
용매끼리 섞더라도 분자수에 따라 용매와 용질로 나누고 있으나 용매끼리 섞일 때도 라울의 법칙은 여전히 성립해서 각각의 분압에 따라 몰량을 결정하기도 하고 비선형 현상도 따지나 기본적으로 증기압으로 계산할 때는 이상용액과 거의 같습니다.
따라서 용질에 전혀 관계없다는 가정은 어떤 범위 내에서만 성립하지 일반적으로 말할 수 있지는 않다고 봐야 합니다.
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제주위의 지인들중에 화학2를 가르치는분이 많이 받는 질문이 라울의 법칙에서 용질의 종류에 관계없이 용매의 종류에 따라 관계있다라고 하는 내용에 대해서 그럼 용질의 종류에는 전혀 상관관계가 없는지에 대해서 질문을 많이 한다고 합니다. 끓는점 오름, 어는점 내림의 현상은 물리적현상이기 때문에 용질의 종류에는 관계없다고 설명은 하는데 저두 사실 이부분에 대해서 궁금해 왔습니다
일반화학책을 보고는 있지만 여전히 의문점은 남아 있습니다
그럼 다시 한번 답변 기대해 보겠습니다
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답변
조윤환님의 답변
2011-08-09- 2
너무 오래 전에 배웠던 내용이라 살짝 당황이 되네요. 기억을 더듬어 답변드려 봅니다. 저도 학부때 물리화학과 열역학에서 잠시 배운 얄팍한 지식이 전부라 정확한 답변이 될지 걱정이 되는 군요.
한마디로 총괄성(
Colligative properties)에 대한 질문으로 볼 수 있겠습니다.
라울의 법칙(증기압 내림)뿐만 아니라 삼투압, 어는점내림, 끊는점 오름 등이 총괄성에 포함되죠. 잘 아시겠지만, 총괄성이라는 것이 용액의 특정부피 내에 포함된 용질의 수, 즉 몰분율에 따라 영향을 받는 성질을 지칭 합니다. 그래서 용질의 종류에는 관계가 없다고 설명하는 것이죠.
용매에 따라 달라진다는 부분은 아마도 '비이상성'을 말씀하시는 것 같습니다. 이상기체에서처럼 라울의 법칙을 완전하게 따르는 용액을 '이상용액' 이라고 합니다. 이상용액은 용질과 용매 분자 사이에 상호작용이 없는 경우를 뜻합니다. 열역학적으로 이야기하면 혼합엔탈피가 zero인 용액을 의미합니다.
하지만 실제용액의 경우 용질과 용매 분자 사이에 상호작용이 존재하기 때문에 라울의 법칙에서 벗어나는 편차가 나타나곤 합니다. 묽은 용액일수록 이상용액에 가까운 거동을 나타낸다는 것도 상호작용이 적을 수 밖에 없기 때문입니다.
이상기체나 이상용액은 현상을 단순화시켜서 이해하기 위해 실제로 존재하는 여러가지 인자들을 무시한데서 생겨난 그야말로 '이상적인' 것들인 셈입니다. 라울의 법칙으로 예상한 값과 실제 용액에서 관찰되는 값 사이의 편차는 용매와 용질의 상호작용 세기에 따라 달라지기 때문에 비이상용액의 경우 용질이 종류와 무관하다고 설명할 순 없겠죠.
하지만 비이상용액도 묽은 농도영역에선 이상용액에 가깝게 거동하므로, 라울의 법칙이 성립하는 농도 영역이 존재한다고 봐야겠죠.
라울의 법칙에 대한 설명을 보면 이를 분자량 측정에 이용한다고 합니다. 이는 용질의 종류에 영향을 받지 않아야만 가능하겠죠. 즉 라울의 법칙이 성립하는 농도구간에서만 가능한 일일 겁니다.
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제주위의 지인들중에 화학2를 가르치는분이 많이 받는 질문이 라울의 법칙에서 용질의 종류에 관계없이 용매의 종류에 따라 관계있다라고 하는 내용에 대해서 그럼 용질의 종류에는 전혀 상관관계가 없는지에 대해서 질문을 많이 한다고 합니다. 끓는점 오름, 어는점 내림의 현상은 물리적현상이기 때문에 용질의 종류에는 관계없다고 설명은 하는데 저두 사실 이부분에 대해서 궁금해 왔습니다
일반화학책을 보고는 있지만 여전히 의문점은 남아 있습니다
그럼 다시 한번 답변 기대해 보겠습니다
다들 행복한날 되세요
답변 감사 드리며 많은 도움이 되었습니다