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農/생리이야기

양분 용액의 농도

양분 용액의 농도

 

(1) 몰농도(molarity; M)

 

몰농도의 개념은 한 용액과 다른 용액이 반응하는 경우  '1M 용액'이란, 용액 1L 중에 1몰의 물질을 포함하는 용액이라고 정의된다. 실험적으로 1M 용액은 1몰의 용질을 용매 중에 녹여, 정확한 메스플라스크에서 최종적으로 1L로 될 때까지 희석시켜 만든다.

일반적으로, 용액의 몰농도(M)는 mol/L 또는 mmol/mL로 표시하는 것이 보통이며, M으로 약술하는 경우도 많다.

 

몰수(mol) = mol/L × L

=몰농도(M) ×L

 

리터(L) 단위는 소량의 용액을 취급할 때는 너무 커서 불편하므로 분석화학에서는 밀리리터(mL)단위를 더 많이 사용한다.

 

밀리몰수(mmol) = 몰농도(M) × mL

 

예제) 1.26g의 KNO3를 250mL의 메스플라스크에 넣고 눈금까지 묽혔다.

질산은용액의 몰농도를 계산하고, 몇 밀리몰의 KNO3가 녹았는지 계산하라.

 

1.26g/101.1g/mol

해답 M=1.26g/101.1g/mol  = 0.0499mol/L (또는0.0499mmol/mL)

                  0.250L

 

∴ 밀리몰=(0.0499mmol/mL)(250mL)=12.47mmol

 

예제) 0.100Μ용액 500mL을 조제하는 데 몇 g의 MgSO4가 필요한가?

 

해답 500mL × 0.100mmol/mL = 50.0mmol

∴ 50.0mmol × 128mg/mmol × 0.001g/mg = 6.4g

 

 

 

(2) 노르말농도

비료 계산에서 유용한 농도 단위의 하나로 노르말농도(normality :N)가 있다. 1N 용액은 1당량/L를 포함한다. (즉 1L의 용액에 1당량의 용질을 포함한다)  몰농도 대신에 노르말농도를 사용하는 것이 유리한 경우가 많은 이유는, 대부분의 화학종들이 1:1 몰비보다 1:1의 당량비로 반응하는 경우가 많기 때문이다.

1당량(equivalent; eq)은 아보가드로 수(Avogadro's number; 6.02×1023) 만큼의 반응단위에 해당하는 물질의 질량에 상당한다. 따라서 당량수는 몰수와 반응단위수와 곱으로 주어진다.  당량무게(equivalent weight)는 화학식량을 반응단위수로 나눔으로써 얻어진다. 표는 여러 형태의 반응에 대한 반응단위의 보기를 나타낸 것이다.

 

무기원소 질소
(N)

(P)
칼륨
(K)
칼슘
(Ca)
마그네슘
(Mg)

(S)
원자량 14 31.0 39.1 40.1 24.3 32.1
원자가 +1, -1 -3 +1 +2 +2 -2
1당량 값 14 10.03 39.1 20.05 12.15 16.05
이온형태 NO3-,  NH4+ PO43- K+ Ca2+ Mg2+ SO42-

 

노르말농도는 몰농도와는 달리, 일어나는 반응의 내용 및 양적관계(즉, 반응식)를 명확하게 알아야 계산할 수 있다. 대표적으로, 산-염기 반응에서 반응단위수는 산이 주거나 또는 염기와 반응하는 양성자(proton; H+)의 수에 따라 결정된다.

한편, 산화-환원반응에서의 노르말 농도 산화제에 의하여 받거나, 또는 환원제에 의하여 공급되는 전자의 수에 의존한다. 예컨대, 황산(H2SO4)은 2반응 단위의 양성자를 가지며, 1몰마다 2당량의 양성자가 있다. 따라서, 황산의 당량은 다음과 같이 계산된다.

 

98.08g/mol

당량 = 98.08g/mol= 49.04g/eq

            2eq/mol

 

산-염기반응이나 산화-환원반응 이외에도 침전의 생성(침전반응) 또는 용해성인 착물이 생성되는 반응(착물화법 적정)이 일어나는 적정반응이 있다. 이들의 반응에서 반응단위의 교환은 없으나, 분석성분(보통 금속성분)과 반응시약과의 결합은 일어난다. 이러한 경우, 금속이온의 전하를 반응단위라고 생각할 수 있으며, 따라서 당량은 그 금속이온의 원자량을 전하로 나눈 값과 같다.

 

(3) 화학식량 농도

화학식량 농도(formality; F)라는 용어는 분자로서 존재하지 않는 이온결합성 염의 용액(예를 들어, NaCl 수용액)일 때 사용된다. 농도는 F로 나타내지만, 실제적인 응용 상으로는 화학식량 농도와 몰농도는 동일하다.

 

 

(4) 몰랄농도

물리화학에서 유용한 농도단위에 몰랄농도(m; molality)가 있다. 1몰랄(molal) 용액은 1000g의 용매속에 1몰을 포함한다. 몰랄농도는 어는점 내림, 끓는점 오름, 삼투현상(osmosis)과 같이 용액 중의 용매 1몰마다의 용질 입자수만으로 결정되는 물질의 성질을 물리화학적으로 표현할 때 편리한 단위이다. 몰랄농도는 용매의 부피와 무관하므로 용액의 온도가 변화하여도 몰랄농도는 변하지 않는다. 반면에 몰농도나 노르말농도는 온도에 의존한다.

 

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