몰 농도
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1. 개요[편집]
Molarity 또는 Molar concentration
화학에서 흔히 쓰이는 농도의 개념 중 하나이며, 용액의 단위 부피에 포함된 용질의 물질량[1]을 나타낸다. 즉 용질의 물질량을 [math(n)], 용액의 부피를 [math(V)]라고 하면 몰농도 [math(c)][2]는
[math(c=\dfrac nV)]
로 제시한다.
단위로는 정의에 따라 [math(\rm mol/L = mol/dm^3)][3] 또는 이들과 등가 단위인 [math(\rm M)]를 쓰며[4], [math(\rm M)]는 본 물리량의 이름을 따 '몰라(molar)'라고 읽는다.[5] 즉 어떤 용액의 농도가 [math(\rm1\,mol/L = 1\,M)]라는 것은 용액 [math(\rm1\,L = 1000\,mL)]에 용질 [math(\rm1\,mol)]이 포함되어있다는 뜻이다.[6]
이때 물질 [math(\rm A)]에 대한 몰 농도를 대괄호를 이용하여 [math(\rm [A])]처럼 표시할 수 있다. 예컨대 [math([{\rm H_3O^+}]=1.0 \times 10^{-7}{\rm\,M})]는 옥소늄 이온의 몰 농도가 [math(1.0 \times 10^{-7}{\rm\,M})]임을 뜻한다.
물질량이라는 개념이 탄생한 배경과 비슷하게, 화학 반응에서 중요한 것은 질량보다 반응 전후 물질의 입자수 또는 그 비율이므로 이를 파악하기 위해 탄생한 개념이다.
2. 의의와 한계[편집]
몰 농도에는 단점이 있는데, 정의에 용액의 '부피'를 쓴다는 것이다. 고체와 액체는 열에 의해 열팽창을 하기 때문에 온도가 변하면 부피가 변하고 그에 따라 몰 농도가 달라진다. 이 단점을 해결하기 위해 등장한 개념이 몰랄 농도이다.
화학 관련 실험을 진행할 때에 기본적인 고려사항 중 하나이다. 실제 실험을 진행할 때에는 용질의 몰 질량을 곱해준 질량 농도로 치환하여 정량하는데, 어차피 물질량은 질량을 통해 간접적으로 계산되는 물리량이기 때문이다.
3. 용어의 혼동[편집]
영어로는 몰 농도(molarity)[7]와 몰랄 농도(molality)[8]가 설측음인가 아닌가밖에 차이가 없다 보니 처음 원서를 접하는 사람은 두 개념의 구분에 주의를 요한다. 그리고 morality는 도덕이라는 전혀 다른 뜻을 지니므로 표기시 주의할 것.
4. 교육과정에서[편집]
7차 교육과정(또는 2009 개정 교육과정)에서는 고등학교 화학Ⅱ에서 처음 등장한다. 대학수학능력시험 화학Ⅱ에서는 몰 농도, 몰랄 농도, 퍼센트(%) 농도 변환을 묻는 계산 문항이 반드시 한 문항씩 나온다.[9]
2009 개정 교육과정시절까지는, 대학수학능력시험 화학Ⅰ에서 중화 반응 킬러 문제를 출제할 때 교육과정 상 '몰 농도'라는 용어를 사용할 수 없으므로 '용액의 단위 부피당 분자(또는 이온)수'라는 용어를 사용했었다.
2015 개정 교육과정에서는 화학Ⅰ에도 몰 농도와 퍼센트 농도 관련 내용이 추가되었다. 이에 따라 2021학년도 수능부터는 화학Ⅰ에서도 화학Ⅱ와 마찬가지로 농도 변환 계산 문항이 하나씩 출제되었다. 또한 중화 반응 킬러 문제에서도 '단위 부피당 ~수'라는 복잡한 표현 대신, 간결하게 '몰 농도(상댓값)'라는 용어를 사용하여 조건을 제시하게 되었다.
5. 관련 문서[편집]
[1] '물질량'(amount of substance)이라는 용어가 익숙하지 않다보니 '몰질량'(molar mass)으로 오용되는 경우가 많은데, 몰질량은 말 그대로 '어떤 물질이 [math(\rm1\,mol)]일 때의 질량', 즉 [math(\rm g/mol)]으로 나타내는 물리량을 의미하며 물질량과는 다른 개념이다. 교육 현장에서는 혼동을 피하기 위해 흔히 '몰 수'라는 용어를 쓰는데 물질량의 수치를 의미하므로 엄밀하게 따지면 정확한 명칭은 아니다.[2] 광속 [math(c\triangleq299\,792\,458\rm\,m{\cdot}s^{-1})]와 기호가 겹치므로 반드시 몰 농도임을 명시해야 한다.[3] [math(\rm cm^3 = mL)]이므로
[math(\begin{aligned}\rm L &=\rm 10^3\,mL = 10^3\,cm^3 = (10\,cm)^3 \\ &=\rm (10\times10^{-2}\,m)^3 = (10^{-1}\,m)^3 \\ &=\rm (dm)^3 = dm^3\end{aligned})]
이다. 즉 표기만 다를 뿐 사실상 같은 단위이며 [math(\rm L)]가 SI 단위가 아니기 때문에 [math(\rm dm^3)]을 쓰는 것이다.[4] 국제단위계에서는 사람 이름에서 따온 단위만 대문자로 나타내는 것으로 규정하고 있으므로 본 단위는 사용을 권장하지 않는다. 그도 그럴 것이 대문자로 나타낸 이유가 단순히 미터([math(\rm m)])와의 혼동을 피하기 위한 것이었기 때문이다.그리고 기어코 몰랄 농도가 등장하면서 문제를 일으켰다. 또한 [math(\rm M)]에는 길이 단위인 해리라는 뜻도 있다.[5] molar는 어금니라는 뜻도 있으므로 혼동에 주의.[6] [math(\rm M)]를 단위로 쓰는 경우 [math(\rm mM = 10^{-3}\,M)], [math(\rm \textμM = 10^{-6}\,M)], [math(\rm nM = 10^{-9}\,M)]도 접할 수 있다. 참고로 SI 기본 단위만으로 표현한 [math(\rm mol/m^3)]가 다음과 같이 [math(\rm mM)]와 등가이다.
[math(\begin{aligned}\rm M &=\rm mol/dm^3 = mol/(10^{-1}\,m)^3 \\ &=\rm mol/(10^{-3}\,m^3) \\ &=\rm 10^3\,mol/m^3\end{aligned} \\ \rm\therefore mol/m^3 = 10^{-3}\,M = mM)][7] 발음 /moulǽrəti/ 몰ː래러티[8] 발음 /moulǽliti/ 몰ː랠리티[9] ex) 퍼센트농도->몰농도: 10*%농도*밀도/화학식량
[math(\begin{aligned}\rm L &=\rm 10^3\,mL = 10^3\,cm^3 = (10\,cm)^3 \\ &=\rm (10\times10^{-2}\,m)^3 = (10^{-1}\,m)^3 \\ &=\rm (dm)^3 = dm^3\end{aligned})]
이다. 즉 표기만 다를 뿐 사실상 같은 단위이며 [math(\rm L)]가 SI 단위가 아니기 때문에 [math(\rm dm^3)]을 쓰는 것이다.[4] 국제단위계에서는 사람 이름에서 따온 단위만 대문자로 나타내는 것으로 규정하고 있으므로 본 단위는 사용을 권장하지 않는다. 그도 그럴 것이 대문자로 나타낸 이유가 단순히 미터([math(\rm m)])와의 혼동을 피하기 위한 것이었기 때문이다.
[math(\begin{aligned}\rm M &=\rm mol/dm^3 = mol/(10^{-1}\,m)^3 \\ &=\rm mol/(10^{-3}\,m^3) \\ &=\rm 10^3\,mol/m^3\end{aligned} \\ \rm\therefore mol/m^3 = 10^{-3}\,M = mM)][7] 발음 /moulǽrəti/ 몰ː래러티[8] 발음 /moulǽliti/ 몰ː랠리티[9] ex) 퍼센트농도->몰농도: 10*%농도*밀도/화학식량
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