물리화학실험 | 고체의 용해도

TIP

 

 

고체의 용해도를 여러 온도에서 측정하여 용해도 곡선을 작성한다.

 

 

 

용해도(溶解度, solubility)

일정 온도와 압력에서 순수 고체 시료의 용매에 녹는 양은 일정하며, 100g의 용매에 최대한 녹을 수 있는 양이 용해도 이다. 또한, 특정조건하에서 하나의 물질이 다른 물질에 용해하여 포화용액을 만들 때까지 용해하는 양이다. 용해도는 온도와 압력에 의해 변화한다. 용해도를 나타내는 데는 용매 100g 당의 용질의 양 또는 몰수를 사용하는 경우가 많다. 때로는 용매 일정부피당의 용질의 그램수로 나타내기도 한다.

 

용매가 용해시킬 수 있는 최대 양의 용질이 녹아 있는 경우 용액은 포화(saturated)되어 있다고 하며, 이 상태에서는 용액 속에 존재하는 용질 분자와 결정으로 존재하는 고체분자 사이에 동적 평형에 다다른 것으로 생각할 수 있다. 포화상태를 넘어서는 양의 용질이 용해되어 있는 경우 과포화(supersaturated)되어 있다고 하며, 이 상태는 불안정한 상태로 물리적인 충격, 온도의 하강, 혹은 단순히 시간이 지남에 따라 안정한 포화용액이 되기 위해 고체를 석출시킨다.

 

기체의 경우를 제외하고 압력이 용해도에 미치는 영향은 거의 없으나 같은 용매에 녹이더라도 용질의 종류에 따라 녹을 수 있는 양은 서로 다르다. 또한 같은 용질이라도 용매의 종류에 따라 녹을 수 있는 양도 다르다. 또 온도에 따라서도 달라진다. 따라서 용해도를 알기 위해서는 '어떤 용매에', '어떤 용질을', '몇 도의 온도에서' 녹였는지를 고려해야 한다.

 

보통은 용매로서 물을 사용한다. 용질을 용매에 직접 녹여가면서 용질의 용해도를 알아낼 수 있으며, 용해도를 알고 있는 용질의 경우 포화 용액 속에 용질이 몇 그람 포함되어 있는지도 계산할 수 있다. 일반적으로 극성 용질은 극성 용매에 대한 용해도가 높고, 비극성 용질은 비극성 용매에 대한 용해도가 높다.

 

그리고, 온도 변화에 따른 용해도 차를 이용하여 불순물이 섞인 혼합물로부터 순수한 결정을 얻는 방법을 재결정이라고 한다. 유기물이 아닌 경우, 고체의 용해도를 측정하는 방법은 단순히 질량을 정량하는 방법이 있으며 다른 방법으로는 알려진 질량을 이용하여 온도를 측정하는 방법이 있다.

 

일반적으로 고체이 용해도는 온도가 높을수록 증가하고, 기체의 용해도는 온도가 낮을수록 증가한다. 용해 반응이 흡열 반응이면 온도 상승에 따라 용해도가 증가하게 되며 대부분의 고체 혼합물이 온도 상승에 따라 용해도가 증가하는 경향을 보인다. 500가지가 넘은 무기 화합물을 연구한 결과에 의하면 86%가 수용액 상태에서 온도 상승에 따라 용해도가 증가하였고, 단지 7% 만이 용해도가 감소하였다. 나머지 7%는 용해도가 증가하다가 감소하거나 그 반대이다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 고체시료 과량을 대형시험관에 넣는다.

 

2) 증류수를 80㎖정도 넣고 잘 젓는다.

 

3) 항온조에 담근다. (20, 30, 40, 50 )

 

4) 30분 정도 교반한다.

 

5) 여과구를 붙인 피펫으로 20㎖정도를 취한다.

 

6) 질량을 아는 증발용기에 옮긴다.

 

7) 실온에 방치한 후 평량한다.

 

8) 모래접시에서 증발 건조한다.

 

9) 데시게이터 중에서 방치, 냉각 후 평량한다.

 

10) 3회 정도 반복 실험한다.

 

 

 

[물리화학실험]고체의 용해도 레포트