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환경/대기관리

부피농도와 질량농도의 비교 (대기관리기술사 111회 1교시)

by 낭리 2020. 6. 7.

부피농도와 질량농도의 비교(대기관리기술사 111회 1교시)

 

 -단위용액의 부피에 대한 용질의 부피, 질량

 

 -부피농도 :  혼합액 부피 ≠ 혼합 전 액체부피의 합, 온도에 따라 용질의 부피변화 발생, 농도변화

                 용질(V) / 용액(V) = ml/l

 

- 질량농도 :  온도에 따른 용질의 질량 변화 없음

                 용질(wt) / 용액(V) = g/l

 

 

https://unsplash.com/photos/jcLcWL8D7AQ

 

 

농도의 단위

적용 분야나 사용 목적에 따라 다양한 종류의 농도가 사용된다.

(1) 질량 백분율(wt%): 용액의 질량에 대한 용질의 질량 퍼센트

(특정 용질의 질량) / (전체 용액의 질량) x 100(%)

가장 보편적인 농도 단위이다.

 

(2) 부피 백분율(vol%): 용액의 부피에 대한 용질의 부피 퍼센트

(특정 용질의 부피) / (전체 용액의 부피) x 100(%)

액체인 물질들을 혼합하여 용액을 만들면 용액의 부피는 혼합 전 부피의 합과 다르다. 따라서 부피 백분율은 정확하지 않으며, 제조 과정에 대한 정보를 제공할 뿐이다.

 

(3) 질량 농도(kg/m3, g/L): 단위 부피의 용액에 들어있는 용질의 질량

(용질의 질량) / (전체 용액의 부피)

생화학이나 약의 성분 표시에 유용한 단위이다.

 

(4) 몰농도(mole/L, M, molarity): 용액 1 L 속에 녹아있는 용질의 몰 수

(용질의 mole 수) / (용액의 부피, L)

화학에서 가장 많이 쓰이는 농도 단위이다. 용액 반응에서 정확한 양의 반응물을 혼합하거나 반응물의 양을 구할 때 편리한 단위이다. 용액의 부피는 온도에 따라 달라지기 때문에 몰농도는 미세하지만 온도에 따라 달라진다.

 

(5) 몰랄농도(mole/kg, m, molality): 용매 1 kg 속에 녹아있는 용질의 몰 수

(용질의 mole 수) / (용매의 질량, kg)

몰랄농도는 온도가 바뀌어도 값이 변하지 않기 때문에, 온도에 따라 변화하는 현상을 나타낼 때 유용한 단위이다.

 

(6) 규정농도(mole/L, F, formality): 용액 1 L 속에 넣어준 용질의 몰 수

(용질의 mole 수) / (용액의 부피, L)

규정농도는 몰농도와 같은 단위이지만 차이점이 있다. 몰농도는 용액 1 L 속에 녹아있는 용질의 몰 수로 정의되기 때문에, 엄밀히 말하면 1.0 M NaOH는 올바른 표현이 아니다. NaOH는 물 속에서 완전히 해리되기 때문에 1.0 M Na+ 이온과 1.0 M OH- 이온으로 이루어진 용액이 정확한 표현이다. 규정농도는 넣어준 용질의 전체 몰 수만 나타내며, 용액 내에서의 화학적 상태는 고려하지 않는다. 따라서 1.0 F NaOH 용액이 정확한 표현이지만, 1.0 M NaOH 용액도 보편적으로 사용된다.

 

(7) 몰분율(단위 없음, mole fraction): 용액의 전체 몰수에 대한 용질의 몰 수 비

(특정 용질의 mole 수) / (전체 용액의 mole 수)

몰분율은 정의에 따라 0~1 사이의 값을 갖는다.

 

(8) 수농도(1/m3, number concentration): 혼합물 단위 부피에 들어있는 용질 분자 혹은 원자의 개수

(용질 분자 혹은 원자의 수) / (용액의 부피, m3)

 

(9) 미량 농도(ppm, ppb, ppt)

용질의 농도가 아주 낮을 때에는 ppm(parts per million), ppb(parts per billion), ppt(parts per trillion) 등의 단위를 사용한다.

 

농도의 비교 및 변환

각 농도 단위에는 장단점이 있다.

질량이나 부피 백분율을 구할 때는 용질의 분자량을 알 필요가 없는 장점이 있다.

질량 농도는 분자량이나 순도를 모르는 거대분자를 다루는 생화학에 유용하다(단백질이나 DNA 용액에 대한 일반적인 단위는 mg/mL이다).

또한 용액 내 용질의 질량 백분율은 질량으로 정의되기 때문에 온도와 무관하다.

몰분율은 기체의 부분 압력이나 용액의 증기 압력을 다루는 데 유용하다.

몰농도는 용액의 농도를 나타내는 가장 보편적인 단위이다. 몰농도의 장점은 용액의 부피를 사용하는 것이다. 용매의 질량을 측정하는 것보다 부피 측정 도구를 이용하여 용액의 부피를 측정하는 것이 더 쉽다. 가장 큰 단점은 온도가 바뀌면 용액의 부피도 바뀌기 때문에 농도가 온도에 따라 변화한다는 것이다. 

몰랄 농도는 용매의 무게에 대한 용질의 몰수비이므로 온도와 무관하다. 따라서 용액의 총괄적 성질처럼 온도변화가 수반되는 현상에는 몰랄 농도가 많이 사용된다.

 

[네이버 지식백과] 농도 [concentration] (화학백과)
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5662958&cid=62802&categoryId=62802

 

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