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12.8:

์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ๋‚ด๋ฆผ

JoVE Core
Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Vapor Pressure Lowering

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์šฉ์•ก์˜ ์ผ๋ถ€ ์†์„ฑ์€ ์šฉ์งˆ์˜ ์œ ํ˜•์— ๋”ฐ๋ผ ๋‹ฌ๋ผ์ง‘๋‹ˆ๋‹ค. ์—ผ์‚ฐ์˜ ์ˆ˜์šฉ์•ก์€ pH ์‹œํ—˜์ง€๋ฅผ ๋นจ๊ฐ„์ƒ‰์œผ๋กœ ๋ฌผ๋“ค์ด๊ณ  ์ˆ˜์‚ฐํ™”๋‚˜ํŠธ๋ฅจ ์šฉ์•ก์€ ํŒŒ๋ž€์ƒ‰์œผ๋กœ ๋ฌผ๋“ค์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์šฉ์•ก์˜ ์ผ๋ถ€ ํŠน์„ฑ์€ ์šฉ์งˆ์˜ ์œ ํ˜•๋ณด๋‹ค๋Š” ์šฉ์•ก์˜ ๋†๋„ ๋˜๋Š” ์ž…์ž ์ˆ˜์— ๋”ฐ๋ผ ๋‹ฌ๋ผ์ง‘๋‹ˆ๋‹ค.์ด๋Ÿฌํ•œ ํŠน์„ฑ์„ ์šฉ์•ก์˜ ์ด๊ด„์„ฑ์ด๋ผ๊ณ  ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌํ•œ ํŠน์„ฑ ์ค‘ ํ•˜๋‚˜๋Š” ์šฉ์•ก์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์•ก์ฒด์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€ ์•ก์ฒด์™€ ๊ธฐ์ฒด๊ฐ€ ๋ฐ€ํ๋œ ์šฉ๊ธฐ์—์„œ ๋™์  ํ‰ํ˜• ์ƒํƒœ์— ์žˆ์„ ๋•Œ ์ฆ๋ฐœ์— ์˜ํ•ด ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ์•ก์ฒด ํ‘œ๋ฉด ์œ„์˜ ๊ธฐ์ฒด์˜ ์••๋ ฅ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.์šฉ์•ก์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€ ํ•ญ์ƒ ์ˆœ์ˆ˜ ์šฉ๋งค์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ๋ณด๋‹ค ๋‚ฎ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ธก์ • ๊ฐ€๋Šฅํ•œ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ด ์—†๋Š” ๋น„ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ์šฉ์งˆ์„ ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ์šฉ๋งค์— ์ฒจ๊ฐ€ํ•˜์—ฌ ๋งŒ๋“œ๋Š” ์šฉ์•ก์„ ์ƒ๊ฐํ•ด ๋ณด์‹ญ์‹œ์˜ค. ์ˆœ์ˆ˜ํ•œ ์šฉ๋งค์—์„œ ์ „์ฒด ์•ก์ฒด ํ‘œ๋ฉด์€ ์šฉ๋งค ์ž…์ž์ž…๋‹ˆ๋‹ค.์ด๋Ÿฐ ์ž…์ž๋“ค ์ค‘ ์ผ๋ถ€๋Š” ๊ธฐ์ฒด ์ƒํƒœ๋กœ ๋„˜์–ด๊ฐ€ ์ฆ๊ธฐ๋ฅผ ํ˜•์„ฑํ•˜์ง€๋งŒ ๊ณต๊ธฐ ์ค‘์˜ ๊ธฐ์ฒด ๋ถ„์ž๋“ค ์ค‘ ์ผ๋ถ€๋Š” ๋‹ค์‹œ ์‘์ถ•๋˜์—ฌ ์•ก์ฒด ์ƒํƒœ๋กœ ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ธฐํ™” ์†๋„๊ฐ€ ์‘๊ฒฐ ์†๋„์™€ ๊ฐ™์„ ๊ฒฝ์šฐ ๋™์  ํ‰ํ˜•์— ๋„๋‹ฌํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์šฉ์•ก์ธ ๊ฒฝ์šฐ ์•ก์ฒด ํ‘œ๋ฉด์€ ์šฉ์งˆ ์ž…์ž์™€ ์šฉ๋งค ์ž…์ž๋ฅผ ๋ชจ๋‘ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.๋”ฐ๋ผ์„œ ํ‘œ๋ฉด์—์„œ ๋ณด๋‹ค ์ ์€ ์ˆ˜์˜ ์šฉ๋งค ์ž…์ž๋“ค์ด ์ฆ๋ฐœํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์‘์ถ• ์†๋„๋Š” ๊ฐ์†Œํ•˜์—ฌ ๊ฐ์†Œ๋œ ๊ธฐํ™” ์†๋„์— ๋งž์ถฐ ๋™์  ํ‰ํ˜•์œผ๋กœ ์žฌ์„ค์ •๋˜๋ฉฐ ์ด ๋•Œ ๊ธฐ์ฒด ์ƒํƒœ์˜ ์šฉ๋งค ์ž…์ž ๋†๋„๊ฐ€ ๋‚ฎ์•„์ง‘๋‹ˆ๋‹ค. ์šฉ์•ก์˜ ๋ถ€๋ถ„ ์••๋ ฅ์€ ์šฉ๋งค์˜ ๋ชฐ๋ถ„์œจ ์นด์ด์™€ ์ˆœ์ˆ˜ ์šฉ๋งค์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ P0์˜ ๊ณฑ๊ณผ ๊ฐ™๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ์„œ์ˆ ํ•œ ๋ผ์šธ์˜ ๋ฒ•์น™์— ์˜ํ•ด ์šฉ์•ก์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์„ ๊ณ„์‚ฐํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.๊ธ€๋ฆฌ์„ธ๋กค๊ณผ ๊ฐ™์€ ๋น„ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ์šฉ์•ก 1.5 ๋ชฐ๊ณผ ์˜จ๋„๊ฐ€ 25๋„์ธ ๋ฌผ 3.5 ๋ชฐ์ด ๋“ค์–ด ์žˆ๋Š” ์šฉ์•ก์˜ ์˜ˆ๋ฅผ ๋ด…์‹œ๋‹ค. ์šฉ๋งค์˜ ๋ชฐ ๋ถ„์œจ์€ 0.70์ด๊ณ  ์ˆœ์ˆ˜ํ•œ ๋ฌผ์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€ 23.8 ํ† ๋ฅด์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ๋ผ์šธ์˜ ๋ฒ•์น™์„ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ์šฉ์•ก์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์„ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๋ฉด ์ˆœ์ˆ˜ ์šฉ๋งค์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์˜ 70 ํผ์„ผํŠธ์ธ 16.7ํ† ๋ฅด๊ฐ€ ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ๊ฐ•ํ•˜ ๋ฐฉ์ •์‹์ธ ๋ธํƒ€ P๋„ ๋ผ์šธ์˜ ๋ฒ•์น™์—์„œ ๋„์ถœํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์šฉ๋งค์˜ ๋ชฐ๋ถ„์œจ์€ 1 ๋นผ๊ธฐ ์šฉ์งˆ์˜ ๋ชฐ๋ถ„์œจ๊ณผ ๊ฐ™๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ์ด ๊ฐ’์„ ๋ผ์šธ์˜ ๋ฒ•์น™์— ๋Œ€์ž…ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฐ ๋‹ค์Œ ์ด๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ํ•˜๊ฐ•์ด ์šฉ์งˆ์˜ ๋ชฐ ๋ถ„์œจ์— ์ •๋น„๋ก€ํ•˜๋Š” ๋ฐฉ์ •์‹์„ ๋งŒ๋“ค ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.์•ž์˜ ์˜ˆ๋ฅผ ์ƒ๊ฐํ•ด๋ณด๋ฉด ์šฉ์งˆ์˜ ๋ชฐ ๋ถ„์œจ์€ 1 ๋นผ๊ธฐ ์šฉ๋งค์˜ ๋ชฐ๋ถ„์œจ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ๊ฐ’์„ ์—ฐ๊ฒฐํ•˜๋ฉด ์šฉ์งˆ์˜ ๋ชฐ ๋ถ„์œจ์€ 0.3์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ˆœ์ˆ˜ํ•œ ๋ฌผ์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ด 23.8 ํ† ๋ฅด์ธ ๊ฒƒ์„ ๊ฐ์•ˆํ•˜๋ฉด ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์˜ ํ•˜๊ฐ•๊ฐ’์€ 7.14 ํ† ๋ฅด๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.๋ธํƒ€ P์™€ ์šฉ์•ก์˜ ์ฆ๊ธฐ์••์„ ๋”ํ•˜๋ฉด ์ˆœ์ˆ˜ ์šฉ๋งค์˜ ์ฆ๊ธฐ์••์ด ์–ป์–ด์ง‘๋‹ˆ๋‹ค.

12.8:

์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ๋‚ด๋ฆผ

์•ก์ฒด์˜ ํ‰ํ˜• ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€ ๊ธฐํ™”๋ฐ ์‘์ถ•์ด ๋™์ผํ•œ ์†๋„๋กœ ๋ฐœ์ƒํ•  ๋•Œ ๊ธฐ์ฒด ์ƒ์— ์˜ํ•ด ๊ฐ€ํ•ด์ง€๋Š” ์••๋ ฅ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

ย Eq1

ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ์•ก์ฒด์— ๋น„ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ๋ฌผ์งˆ์„ ์šฉํ•ดํ•˜๋ฉด ์•ก์ฒด์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ด ์ €ํ•˜๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ํ˜„์ƒ์€ ์•ก์ฒด์˜ ๊ธฐํ™” ๋ฐ ์‘์ถ• ๊ณผ์ •์— ์ถ”๊ฐ€๋œ solute ๋ถ„์ž์˜ ํšจ๋ ฅ์„ ๊ณ ๋ คํ•˜์—ฌ ์„ค๋ช…๋  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๊ธฐํ™”ํ•˜๋ ค๋ฉด ์šฉ๋งค ๋ถ„์ž๊ฐ€ ์šฉ์•ก ํ‘œ๋ฉด์— ์žˆ์–ด์•ผ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์†”๋ฃจํŠธ์˜ ์กด์žฌ๋Š” ์šฉ๋งค ๋ถ„์ž์— ์‚ฌ์šฉํ•  ์ˆ˜์žˆ๋Š” ํ‘œ๋ฉด์ ์„ ๊ฐ์†Œ์‹œ์ผœ ์šฉ๋งค ๊ธฐํ™”์˜ ์†๋„๋ฅผ ๊ฐ์†Œ์‹œํ‚จ๋‹ค. ์‘์ถ• ์†๋„๋Š” ์†”ํŠธ์˜ ์กด์žฌ์— ์˜ํ•ด ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฐ›์ง€ ์•Š์œผ๋ฏ€๋กœ, ์ˆœ ๊ฒฐ๊ณผ๋Š” ๊ธฐํ™” ์‘์ถ• ํ‰ํ˜•์ด ์ฆ๊ธฐ ์ƒ์ƒ์—์„œ ๋” ์ ์€ ์šฉ๋งค ๋ถ„์ž๋กœ ๋‹ฌ์„ฑ๋œ๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์ž…๋‹ˆ๋‹ค(์ฆ‰, ๋‚ฎ์€ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์—์„œ).

์ด ํ•ด์„์€ ์œ ์šฉํ•˜์ง€๋งŒ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ๊ฐ•ํ•˜์˜ ์ •๋ ฌ ํŠน์„ฑ์˜ ๋ช‡ ๊ฐ€์ง€ ์ค‘์š”ํ•œ ์ธก๋ฉด์„ ๊ณ ๋ คํ•˜์ง€ ์•Š์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋” ์—„๊ฒฉํ•œ ์„ค๋ช…์—”ํŠธ๋กœํ”ผ์˜์†์„ฑ์„ ํฌํ•จํ•œ๋‹ค. ์•ก์ฒด์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••์˜ ํ•˜๊ฐ•์„ ์ดํ•ดํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด, ๋ณ„๋„์˜ ์šฉ๋งค ๋ฐ ์†”๋ฃจํŠธ ๋‹จ๊ณ„์— ๋น„ํ•ด ์šฉ์•ก์—์„œ ๋ฌผ์งˆ์˜ ๋ถ„์‚ฐ ํŠน์„ฑ์ด ์šฉ๋งค ๋ถ„์ž๋ฅผ ํšจ๊ณผ์ ์œผ๋กœ ์•ˆ์ •ํ™”ํ•˜๊ณ  ๊ธฐํ™”๋ฅผ ๋ฐฉํ•ดํ•˜๋Š” ์—ญํ• ์„ ํ•œ๋‹ค๋Š” ์ ์— ์œ ์˜ํ•˜๊ธฐ์— ์ ํ•ฉํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋‚ฎ์€ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ทธ์— ์ƒ์‘ํ•˜๋Š” ๋” ๋†’์€ ๋น„๋“ฑ์ .

์†”๋ฃจ์…˜ ๊ตฌ์„ฑ ์š”์†Œ์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ๊ณผ ์ด๋Ÿฌํ•œ ๊ตฌ์„ฑ ์š”์†Œ์˜ ๋†๋„ ์‚ฌ์ด์˜ ๊ด€๊ณ„๋Š” Raoult์˜ ๋ฒ•์น™์— ์˜ํ•ด ์„ค๋ช…๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค: ์ด์ƒ์ ์ธ ์šฉ์•ก์˜ ๋ชจ๋“  ๊ตฌ์„ฑ ์š”์†Œ์— ์˜ํ•ด ๊ฐ€ํ•ด์ง€๋Š” ๋ถ€๋ถ„ ์••๋ ฅ์€ ์šฉ์•ก์—์„œ ๋‘๋”์ง€ ๋ถ„ํš์„ ๊ณฑํ•œ ์ˆœ์ˆ˜ ์„ฑ๋ถ„์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ๊ณผ ๊ฐ™์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

ย Eq2

์—ฌ๊ธฐ์„œ PA๋Š” ์šฉ์•ก์—์„œ ์„ฑ๋ถ„ A์— ์˜ํ•ด ๊ฐ€ํ•ด์ง€๋Š” ๋ถ€๋ถ„ ์••๋ ฅ์ธ ๊ฒฝ์šฐ, PยบA๋Š” ์ˆœ์ˆ˜ A์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ด๊ณ XA๋Š” ์šฉ์•ก์—์„œ A์˜ ๋‘๋”์ง€ ๋ถ„ํš์ด๋‹ค.

๊ธฐ์ฒด ํ˜ผํ•ฉ๋ฌผ์˜ ์ด ์••๋ ฅ์ด ๋ชจ๋“  ๊ตฌ์„ฑ ์š”์†Œ(Dalton์˜ ๋ถ€๋ถ„ ์••๋ ฅ ๋ฒ•์น™)์— ๋Œ€ํ•œ ๋ถ€๋ถ„ ์••๋ ฅ์˜ ํ•ฉ๊ณผ ๋™์ผํ•˜๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ์ƒ๊ธฐ, i ์„ฑ๋ถ„์„ ํฌํ•จํ•˜๋Š” ์šฉ์•ก์— ์˜ํ•ด ๊ฐ€ํ•ด์ง€๋Š” ์ด ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€

ย Eq3

๋น„ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ๋ฌผ์งˆ์€ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์ด ๋ฌด์‹œํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋Š”๋ฌผ์งˆ(Pยบ โ‰ˆ 0)์ด๋ฏ€๋กœ ๋น„ํœ˜๋ฐœ์„ฑ ์†”๋ฃจํŠธ๋งŒ ํ•จ์œ ํ•˜๋Š” ์šฉ์•ก ์œ„์˜ ์ฆ๊ธฐ ์••๋ ฅ์€ ์šฉ๋งค์— ๋งŒ ๊ธฐ์ธํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

ย Eq4

์ด ํ…์ŠคํŠธ๋Š” Openstax, ํ™”ํ•™ 2e, ์„น์…˜ 11.4: ์ •๋ ฌ ์†์„ฑ์—์„œ ์ ์šฉ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

Suggested Reading

  1. Andrews, Frank C. "Colligative properties of simple solutions." Science 194, no. 4265 (1976): 567-571.
  2. Lindsay Jr, W. T., and Chu Tisin Liu. “Vapor pressure lowering of aqueous solutions at elevated temperatures.” Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh, Pennsylvania, 1968.
  3. Chinard, Francis P. "Colligative properties." Journal of Chemical Education 32, no. 7 (1955): 377.