몰 농도 용액 제조 방법

  몰 농도(molarity 또는 molar concentration)는 다음 식과 같이 용액의 양은 부피(L), 용질의 양은 몰수(mol)를 기준으로 계산하는 농도이다.

 

 

  퍼센트 농도는 용질의 용질과 용매의 질량에 대한 정보만 제공하지만, 몰 농도는 용액의 부피와 용질의 몰수에 대한 정보를 제공하므로 매우 편리하다. 위의 식에서처럼 처음 용액을 제조할 때는 용질의 질량을 측정하지만, 몰 농도를 알고 있으면 눈금실린더나 피펫을 이용하여 용액의 부피만 측정하면 그 안에 몇 몰의 용질이 녹아 있는지를 다음과 같이 알 수 있어 일일이 질량을 측정하는 불편을 겪지 않아도 된다.

 

  그런데 몰 농도 용액을 제조하려면 용액의 부피를 정확히 측정할 수 있는 부피플라스크가 필요하고, 용질의 질량을 정확히 측정하려면 저울이 중요한 도구가 된다. 

 

고체 용질을 사용하는 경우

  용질이 고체 시료인 경우 몰 농도 용액을 만드는 일반적인 방법은 다음과 같다.

 

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1. 필요한 양만큼의 고체를 약포지나 칭량 접시 등을 이용해 저울로 잰다. 수산화나트륨처럼 조해성이 있는 물질은 질량을 측정하는 동안에도 공기 중의 수분을 흡수해 약포지에 달라붙기 때문에 약포지 대신 깨끗이 씻어 건조한 비커를 이용한다.
2. 부피 플라스크에 증류수를 절반 점도 채운다.
3. 비커에 증류수를 적당량 넣고 시료를 완전히 녹인 후 깔때기를 이용해 부피 플라스크에 옮겨 담는다. 이 경우에 용액이 비커나 깔때기에 남지 않도록 씻기병에 든 증류수로 두세 번 씻어준다.
4. 고체가 다 녹을 때까지 부피 플라스크를 흔들어 주고 표선까지 증류수를 채워 마개를 닫는다.
5. 부피 플라스크의 마개와 바닥을 두 손으로 잡고 위 아래로 10회 정도 뒤집어 용액의 색깔이 균일해지거나 아지랑이가 없어질 때까지 골고루 혼합한다.
6. 부피 플라스크를 똑바로 세우고 기다려 메니스커스의 위치를 확인하여 스포이트로 증류수를 부피 플라스크의 표선까지 채운다. 고체를 녹이는 과정에서 열이 나는 경우 용액의 온도가 실온과 같아질 때까지 기다린 다음 증류수를 채운다.

 

액체 용질의 경우

 

  용질이 액체 시료일 경우 몰 농도 용액을 만드는 방법은 용질의 몰수(mol)를 알려면 질량이 아니라 부피를 사용할 수 있다는 점이 고체 시료의 경우와 다르다. 액체 시료의 밀도를 아는 경우 필요한 질량을 부피로 환산한 뒤, 피펫으로 시료를 정확히 취해 증류수가 반쯤 들어 있는 부피 플라스크에 넣어 제조한다. 밀도를 알지 못하는 경우에는 저울에 비커와 같은 빈 용기를 놓고, 영점을 맞춘 후 원하는 질량만큼 액체 시료를 측정한 후 고체 시료와 같은 방법으로 제조한다.

  

  예를들어, 순도 98%인 진한 황산(H₂SO₄)을 이용하여 0.100 M 표준 용액 100 mL를 제조하는 과정을 알아보자. 진한 황산은 비휘발성이므로 순도와 화학식량을 이용하여 0.100 M100 mL를 제조하는데 필요한 용질의 양은 다음과 같이 계산할 수 있다.

 

 

정리하여 계산하면 아래와 같다.

위와 같이 필요한 용질의 질량을 계산한 후 다음과 같은 두 가지 방법으로 용액의 제조한다.

 

[방법1]

1. 100 mL 비커를 전자저울에 얹고 증류수를 30 mL 쯤 넣고 영점을 맞춘 후, 진한 황산 1.00 g이 되도록 스포이트로 비커에 한 방울씩 떨어뜨린다.

 

[방법2]

1. 1 mL 눈금 피펫을 이용하여 진한 황산 0.543 mL를 측정하여 증류수가 소량 들어 있는 비커로 옮긴다.
2. 과정 1의 비커 속 용액을 유리막대로 저어서 녹인다.
3. 100 mL 부피 플라스크에 깔때기를 이용해 증류수 30 mL 정도 먼저 붓고, 과정 2에서 녹인 황산 수용액을 부피 플라스크에 넣는다. 황산을 녹인 비커와 유리 막대를 소량의 증류수로 헹구어 부피 플라스크에 넣고 잘 흔들어 혼합한다.
4. 씻기병에 든 증류수를 부피 플라스크의 표선까지 채워 넣고 마개를 비틀어 막은 후 위아래로 10회 정도 뒤집어 가며 섞는다.
5. 부피 플라스크를 똑바로 세워 놓고 용액이 흘러내리기를 기다려 메니스커스와 표선이 일치하는지 확인한 후 스포이트로 증류수를 가해 표선을 맞춰서 0.100 M 황산 표준 용액을 준비한다.

위 두 과정을 비교하면 알 수 있듯이 용질의 질량을 재기보다는 밀도를 이용하여 부피를 측정하는 것이 더 편리하다. 이 과정에서 부피를 정확하게 측정하려면 반드시 적당한 크기의 눈금 피펫을 사용하여 유효 숫자를 확보하도록 한다.

 

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📚 참고문헌  고등학교 화학 실험 / 세종특별자치시교육청