분석화학, 그 세 번째 이야기 | 용액

분석화학 뿐만 아니라 모든 화학에서 아주 중요하게 다뤄지는 것이 바로 용액이다. 대부분의 화학반응은 용액 상태에서 이뤄지고, 때문에 그 상태를 정량적으로 분석하는 것이 필수적이다.

-먼저, 관련된 용어부터 정의하면, 둘 이상의 물질을 함유하고 있는 균일 계(여기서 균일이란 기체, 액체, 고체 중 어느 한 가지 상태로 존재하는 계를 말한다.)를 용액이라고 부른다. 즉, 합금이나 공기처럼 액체가 아닌 것도 용액일 수 있다는 뜻이다. 이때의 주성분을 용매, 부성분을 용질이라 하는데, 보통 화학반응을 직접 하는 것은 용질이고 용매는 용질의 운반자 역할을 한다.

-용액을 분석할 때 가장 먼저 확인해야 하는 것이 농도인데, 농도가 그 용액의 다양한 성질을 결정하기 때문이다. 농도를 기술 하는데에는 다양한 방법이 있다.

1. 질량 퍼센트(mass percentage)
단위는 %로, 각 성분 물질의 질량이 전체 용액의 질량 중 몇 퍼센트를 차지하는지 측정한다.
ex) 소금물 1kg에서 소금이 100g이라면, 소금의 질량퍼센트 농도는 10%이다.

2. 몰분율(mole fraction)
용액에서 모든 성분들의 몰수의 총합 중 한 성분의 몰수가 차지하는 비율을 나타낸 것이다.
ex)  소금물 1kg에서 소금이 100g이라면, 물이 900g이므로 50mol이고, 소금은 1.71mol이므로 몰분율은 $\frac{1.71}{1.71+50}=0.033$이 된다. 

3. 몰농도(molarity)
단위는 M으로, 용질의 몰수를 전체 용액의 부피로 나눈 값으로, 화학공부를 하다보면 가장 자주 등장하는 농도이다. 몰농도는 부피의 단위가 L임에 주의해야 한다.
ex)소금물 1L에서 소금이 100g이라면, 소금이 1.71mol이므로 몰농도는 1.71M이 된다.

4. 몰랄농도(molality)
단위는 보통 m을 사용하는데, 용질의 몰수를 용매의 질량으로 나눈 값이다. 질량의 단위가 kg임에 주의해야 한다.
ex) 소금물 1kg에서 소금이 100g이면 소금이 1.71mol이므로 몰랄농도는 1.71m이 된다.

-위에서 서술 했듯이 가장 자주 쓰이는 농도는 몰농도로, 용액을 제조할 때도 이에 맞춰서 제조한다. 때문에 정밀하게 부피를 측정하기 위해 부피 플라스크(volumetric flask)를 사용하는데, 여기에 용매를 표시선을 넘지 않을 정도로 적당히 채운 뒤에 질량을 측정하여 원하는 몰수의 용질을 넣고 완전히 녹인 뒤에, 용매를 더 넣어서 표시선에 맞추면 된다. 용질을 넣으면 부피가 변할 수 있기 때문에 표시선까지 용매를 채우는 것은 용질을 완전히 다 녹인 뒤에 해야함에 유의하자.