재결정과 거르기
1. 실험 목표
산-염기 성질을 이용해서 용해도가 비슷한 두 물질을 분리하고 정제한다.
2. 핵심 개념
용해도란, 주어진 온도에서 주어진 양의 용매에 녹아들어가 안정한 용액이 만들어질 수 있는 최대의 용질의 양이다. 그리고, 녹아들어 갈 수 있는 최대량의 용질이 녹아 평형에 이르면 용액은 포화되었다고 한다. 녹아 있는 용질의 농도로 그 용질의 용해도가 정해지게 된다. 용질의 농도가 포화량에 미치지 못할 때는 용액을 불포화라고 한다. 한편, 어떤 경우에는 포화량보다 더 많은 양의 용질이 잠정적으로 용액에 녹아있는 경우도 있는데, 이들을 과포화되었다고 한다.
불포화 용액에 용질을 가하면 녹아들어간다. 그리고, 포화용액에 용질을 가하면 더 이상 녹아들어가지 않으며 용질의 농도는 시간에 따라 달라지지 않는다. 한편, 과포화 용액에 용질을 소량 가하면 녹아있던 용질이 침전으로 떨어지므로 더 많은 결정이 생긴다.
용해도에 영향을 미치는 요인에는 압력과 온도가 있다. 우선, 온도에 대해서만 알아보자.
용해도에 대한 온도의 영향을 이해하기 위하여 “르샤틀리에의 원리”를 도입한다. 이는 평형의 위치를 결정하는 요인에 어떤 변화가 일어나면 계는 그 효과를 감소시키거나 상쇄시키려 한다는 것이다.
고체가 액체에 녹는 경우, 용해과정은 NaCl 의 경우와 같이 흡열과정일 수도 있다.
열+고체+액체용매 ←----- 포화용액
이 경우, 평형에 도달하게 되면 주어진 시간에 녹는 분자수만큼 또한 분자들이 용액으로부터 유리된다. 열을 가하여 변화를 주게 되면, 반응은 열을 이용하는 쪽으로 영향을 받아 르샤틀리에의 원리대로 온도가 높아질수록 염의 용해도는 증가하게 될 것이다.
대개의 이온성 화합물들이 아래 그림에서 보는 것처럼 온도가 높아지면 용해도가 커진다.
그러나, 용해엔탈피가 음인 발열과정을 보이는 염들도 있으며, 이들은 온도가 높아질수록 덜 녹게 된다. 아래의 그림에서 의 용해도곡선은 이러한 현상을 나타내는 한 예이다.
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2014.09.26
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