6. 몰 농도 (몰 농도 용액 만들기, 용액 묽히기)

🧪 몰 농도 용액 만들기 및 용액 묽히기

1. 몰 농도 용액 만들기 (Molar Solution Preparation)

• 몰 농도 용액을 만드는 것은 원하는 농도와 부피의 용액을 실제로 제조하는 과정이다.
• 필요한 용액을 만들기 위해 가장 먼저 필요한 용질의 질량을 계산해야 한다.
• 계산 과정:
  • 용액의 부피($\text{L}$)와 원하는 몰 농도($\text{M}$)를 곱하여 필요한 용질의 몰수($\text{mol}$)를 구한다.
  • 용질의 몰수에 용질의 화학식량(몰 질량)을 곱하여 필요한 용질의 질량($\text{g}$)을 계산한다.
• 실험 과정:

• 용질 질량 측정:
  
  • 전자저울을 이용하여 계산된 질량만큼의 용질을 정확하게 측정한다.
  • 약포지나 일회용 접시를 올리고 영점 조절 버튼을 눌러 용기의 질량을 0으로 맞춘 후 용질을 덜어낸다.
  • 주의: 덜어낸 용질은 다시 원래 약품 통에 넣지 않는다.
• 용질 녹이기:
  • 측정한 용질을 비커에 옮긴다.
  • 용질을 넣기 전에 비커에 소량의 증류수를 먼저 담아두는 것이 안전하며, 특히 용해 시 발열 반응이 일어나는 물질($\text{NaOH}$ 등)의 경우에 중요하다.
  • 씻기병을 이용하여 용질을 측정했던 용기(약포지 등)를 헹구어 용질이 남김없이 비커로 옮겨지도록 한다.
  • 유리막대로 저어 용질을 완전히 녹여 수용액을 만든다.

• 부피 플라스크로 옮기기 및 부피 맞추기:
  
  • 만들어진 수용액을 원하는 최종 부피에 맞는 규격의 부피 플라스크($\text{500 mL}$ 용액이면 $\text{500 mL}$ 플라스크)에 옮긴다.
  • 이때 깔때기를 이용하며, 깔때기는 입구에서 살짝 들어 올려 공기 순환이 되도록 한다.
  • 비커를 증류수로 두세 차례 헹구어 벽면에 남아 있는 용액까지 모두 부피 플라스크로 옮긴다.
  • 부피 플라스크의 눈금선까지 증류수를 채워 최종 부피를 맞춘다.
  • 눈금선 근처까지는 빠르게 채우고, 마지막 눈금에 맞추는 과정은 씻기병을 이용하여 액면의 메니스커스(액면의 가장 낮은 부분)가 눈금선에 정확히 일치하도록 조심스럽게 맞춘다.
  • 주의: 눈금선을 초과하여 용매를 넣으면 농도가 의도한 것과 달라지므로, 해당 용액은 버려야 한다.
• 최종 혼합:
  • 마개로 부피 플라스크의 입구를 막는다.
  • 플라스크를 위아래로 반전시키며 충분히 흔들어 용액이 균일하게 섞이도록 한다. (주둥이만 잡고 돌리는 방식은 부적절하다.)

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2. 용액 묽히기 (Solution Dilution)

• 정의: 용액에 용매인 증류수 등을 추가하여 농도를 묽게 만드는 과정이다.
• 원리: 용액을 묽게 할 때 용매만 추가되므로, 용액에 녹아 있는 용질의 몰수($\text{mol}$)는 변하지 않고 일정하게 유지된다.
• 몰 농도와 용질의 몰수 관계:
  • 용질의 몰수($\text{mol}$) = 몰 농도($\text{M}$) $\times$ 용액의 부피($\text{L}$)

용액 묽히기 공식

• 용액 묽히기 공식 (MV = M'V'):
  
  • 용액을 묽게 하기 전과 후의 용질 몰수는 같다는 원리를 이용한 공식이다.
  • $\text{M} \times \text{V} = \text{M'} \times \text{V'}$
  • $\text{M}$과 $\text{V}$: 희석에 사용되는 처음 진한 용액의 몰 농도와 부피
  • $\text{M'}$과 $\text{V'}$: 최종적으로 만들어지는 묽은 용액의 몰 농도와 부피
  • 이 공식을 이용하면 원하는 농도의 용액을 만들기 위해 처음 용액을 몇 $\text{mL}$ 취해야 하는지($\text{V}$)를 쉽게 계산할 수 있다.
• 희석 과정:
  1. 공식 $\text{MV} = \text{M'V'}$을 이용하여 처음 진한 용액에서 취해야 할 부피($\text{V}$)를 계산한다.
  2. 계산한 부피만큼의 진한 용액을 피펫 등으로 정확하게 취하여 최종 부피에 맞는 부피 플라스크에 넣는다.
  3. 부피 플라스크에 증류수를 눈금선까지 채우고 마개로 막은 후 잘 흔들어 혼합하면 원하는 농도의 묽은 용액이 만들어진다.