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용액

우리 주변에 있는 강물, 연못의 물, 바닷물 등은 모두 용액이며 순수한 물이 아니다. 또, 우리의 몸 속을 흐르는 혈액이나 차, 우유, 주스, 술 등도 일종의 용액이다. 따라서 우리의 생활이나 다른 생물의 생활에 용액의 성질이 깊은 관계를 가지고 있다. 여기서는 이러한 용액의 성질에 대해서 알아보기로 한다.

용액의 성질

균일한 용액과 불균일한 용액

均一－溶液－不均一－溶液 과망간산칼륨이나 황산구리(II)의 결정을 물을 담은 비커 바닥에 넣고 잠시 놓아두면 결정 둘레의 물이 빛깔을 띠면서 결정이 녹기 시작하는 것을 볼 수 있다. 하루 정도 그대로 두어 결정이 완전히 녹았을 때 비커 옆에서 보면 바닥에 가까운 물은 빛깔이 진하나 위로 올라 갈수록 빛깔이 엷어지고 수면 근처는 무색이다.홍차에 설탕을 넣었을 때도 잘 젓지 않으면 위쪽은 많이 달지 않고 밑으로 갈수록 달며, 바닥에 녹지 않은 설탕이 남는 경우도 있다. 이러한 상태의 용액을 '불균일한 용액'이라고 한다.비커에 물을 넣고 그 속에 과망간산칼륨이나 황산구리(Ⅱ)의 결정을 넣은 다음 뚜껑을 덮어서 물이 증발하지 않도록 하고, 며칠 동안 놓아두면 전체적으로 고른 빛깔이 된다. 이것은 용질의 입자나 용매의 입자가 자유롭게 돌아다니고 있기 때문에 차차 고르게 섞이기 때문이다. 물론, 유리 막대 등으로 휘저으면 전체가 곧 똑같은 빛깔이 된다. 이와 같이, 용액의 어느 부분에서나 똑같은 성질을 보이는 용액을 '균일한 용액'이라고 한다. 불균일한 용액을 방치해 두면 차츰 균일하게 되는데, 한번 균일하게 된 용액은 저절로 불균일하게 되는 일은 없다. 즉, 균일한 소금물을 방치해두면 저절로 아래쪽이 진하게 되는 일은 일어나지 않는다. 소금은 물보다 무겁지만, 녹은 소금의 입자(나트륨 이온과 염화물 이온)는 끊임없이 움직이고 있으며, 용액 속에서 가라앉는 일은 일어나지 않기 때문이다. 보통 용액이라고 하는 경우는 균일한 용액을 가리킨다.

참용액과 콜로이드 용액

－溶液－coloid溶液 소금물이나 황산구리(Ⅱ)의 용액은 투명하지만, 비눗물이나 우유 등은 투명하지 않다. 이것은, 암실에서 옆으로 가는 빛을 비춰 보면, 소금물은 빛이 지나가는 모습이 잘 보이지 않지만 비눗물은 뚜렷이 보이는 것으로도 구별이 된다. 겉으로 보기에는 투명해 보이는 용액도 이 방법을 사용하면 구별할 수 있다. 이 차이는, 소금물에서는 용질의 입자와 용매의 입자의 크기가 거의 같은 데 비하여 비눗물에서는 용질의 입자가 훨씬 크기 때문에 나타나는 현상이다. 소금물과 같은 용액을 참용액, 비눗물과 같은 용액을 콜로이드 용액이라고 한다, 보통 용액이라고 하면 참용액을 말한다.

용액의 농도

소금을 물에 녹였을 때, 녹인 소금의 양이나 물의 양에 따라 진한 소금물이나 묽은 소금물이 된다. 일정량의 용매에 용질의 양이 많을 때는 진하고 적을 때는 묽게 되는데, 이것을 양적으로 표시한 것을 '농도'라고 한다. 농도를 나타내는 데는 여러 가지가 있는데, 그 중 중요한 농도 표시법을 보면 다음과 같다.

퍼센트 농도

－濃度 퍼센트(백분율)에는 무게 퍼센트와 부피 퍼센트가 있는데, 흔히 사용되는 것은 무게 퍼센트이다. 이것은 용질의 그램수와 총매의 그램수의 합계가 100이 되도록 비율을 만드는 것이다. 예를 들면 3%의 소금물을 만들려면 물 97g에 소금을 3g 녹여서 합계를 100g으로 하는 것이다. 액체는 무게를 측정하기보다 부피를 측정하는 것이 쉬우므로, 용질·용매가 모두 액체일 때는 부피 퍼센트를 쓰는 경우가 많다, 예를 들면, 10%의 알코올 용액은 알코올 10㎤에 물을 90㎤가 한다. 이때 흔합한 용액은 부피가 감소하여 100㎤가 되지 않지만, 혼합하기 전의 합계가 100㎤가 되도록 하여 계산한다. 무게 퍼센트로 나타내는 수용액을 만들 때는 고체인 용질은 무게를 재지만 물은 근사적으로 1㎤를 Ig으로 하여 부피를 재서 만들기도 한다. 퍼센트 농도에서는 농도를 알고 있어도 그 용액내의 용질의 양을 간단히 정할 수가 없다. 무게 퍼센트일 때는 용액와 무게를 측정해서 계산해야 한다. 부피 퍼센트에서는 부피의 변화가 없으면 되지만, 부피 변화가 있는 경우는 얼마나 감소했는지 모르면 구할 수가 없다.

몰농도

mol濃度 퍼센트 농도에 대하여, 용액 1ι속에 녹아 있는 용질의 g형태(g/ι)로 나타내면 임의의 부피의 용액 속에 있는 용질의 양을 바로 구할 수 있으므로 편리한 점이 많다. 이 녹아 있는 용질의 양을 몰로 나타낸 것이 몰농도이다. 이것은 (mol/ι)의 형태로 표시되는데, 화학 변화를 다룰 때는 보통 이 몰농도로 표시된다. 몰농도를 용액 Ikg속의 몰수로 나타내기도 하는데, 이 경우는 무게 몰농도라고 한다. 이것은 별로 쓰이지 않는다.