화학 고3 용액의 성질

끓는점 오름

Q: 높은 산에서는 물이 몇 도에서 끓나요?

100,보다 낮은 온도에서 끓습니다. 다만 이것은 총괄성이 아니라 외부 압력이 낮아졌기 때문입니다. 용질 때문이 아니라 압력 때문이라는 점에서 원인이 다릅니다.

Q: 끓는점 오름은 왜 이렇게 값이 작나요?

물의 Kb가 0.51로 작기 때문입니다. 같은 농도에서 어는점 내림 상수 Kf는 약 1.86이라 세 배 이상 큽니다. 그래서 실험으로 분자량을 구할 때는 끓는점보다 어는점을 재는 쪽이 유리합니다.

비휘발성 용질을 녹이면 용액의 끓는점이 순수 용매보다 높아지는 현상. ΔTb = Kb × m (m: 몰랄 농도, Kb: 끓는점 오름 상수).

비휘발성 용질을 녹인 용액의 끓는점이 순수한 용매보다 높아지는 현상으로, 올라간 정도

Δ T_{b}

는 몰랄 농도에 비례합니다.

끓는다는 것은 액체의 증기압이 바깥 공기의 압력을 밀어낼 만큼 커지는 순간입니다. 용질이 그 힘을 깎아 놓았으니, 같은 문을 밀어 열려면 온도라는 힘을 더 줘야 합니다.

쉽게 말하면

액체가 끓는 조건은 '증기압 = 외부 압력'입니다. 그런데 증기압 내림 때문에 용액의 증기압 곡선은 순수 용매의 곡선보다 아래로 내려가 있습니다. 그래서 $1 atm$ 이라는 같은 높이에 도달하려면 온도를 더 올려야 하고, 그 차이가 끓는점 오름입니다.

$Δ T_{b} = K_{b} \times m$

$m$ 은 몰랄 농도 이고, $K_{b}$ 는 용매마다 정해진 끓는점 오름 상수입니다. 물의 $K_{b}$ 는 약 $0.51^{\circ} C \cdot kg/mol$ 입니다. 이 식에 용질의 정체를 나타내는 항이 하나도 없다는 점을 눈여겨보세요 — 용액의 총괄성 이 말하는 그대로, 오직 입자 수만 셉니다.

그래서 실제 계산에서 진짜 승부처는 '입자가 몇 몰인가'입니다. 이온 결합 물질은 물에서 이온으로 나뉘므로 반트호프 계수 $i$ 를 곱해 $Δ T_{b} = i K_{b} m$ 으로 씁니다. $NaCl$ 은 $i \approx 2$ , $CaC l_{2}$ 는 $i \approx 3$ , 설탕처럼 이온화하지 않는 물질은 $i = 1$ 입니다.

한 가지 더 짚을 것은, 끓는점이 오른다고 해서 '더 빨리 끓는다'는 뜻이 아니라는 점입니다. 오히려 더 높은 온도까지 가열해야 하므로 끓기 시작할 때까지 시간이 더 걸립니다. 라면 물에 소금을 넣으면 라면이 빨리 익는다는 이야기는, 물이 빨리 끓어서가 아니라 끓는 물의 온도 자체가 조금 높아지기 때문입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

설탕물의 끓는점

$Δ T_{b} = 0.51 \times 0.5 = 0.255^{\circ} C$

물 $1 kg$ 에 설탕 $0.5 mol$ 을 녹이면 몰랄 농도가 $0.5 mol/kg$ 이므로 끓는점이 약 $0.26^{\circ} C$ 올라 $100.26^{\circ} C$ 가 됩니다. 생각보다 작은 값이라는 것이 포인트입니다.
예시 2

같은 몰랄 농도라도 소금물이 더 많이 오른다

$Δ T_{b} = i K_{b} m = 2 \times 0.51 \times 0.5 \approx 0.51^{\circ} C$

$0.5 mol/kg$ 소금물은 이온이 둘로 나뉘어 입자 농도가 실질적으로 $1 mol/kg$ 이므로, 같은 농도의 설탕물보다 끓는점이 약 두 배 더 오릅니다.
예시 3

국물이 맹물보다 뜨겁게 끓는 이유

국이나 찌개에는 소금과 여러 물질이 녹아 있어 끓는 온도가 순수한 물보다 조금 높습니다. 그래서 같은 '끓는 상태'인데도 국물이 더 뜨겁고, 잘못 마시면 더 심하게 데는 것입니다.

순서대로 하면

끓는점 오름 문제 푸는 순서

1용질의 질량을 몰수로 바꿉니다(질량 ÷ 몰질량).
2용질이 이온 결합 물질이면 몇 개로 나뉘는지 확인해 반트호프 계수 $i$ 를 곱합니다.
3용매의 질량을 kg 단위로 확인합니다. 용액 전체 질량이 아닙니다.
4 $m =$ 용질 몰수 ÷ 용매 질량(kg)으로 몰랄 농도를 구합니다.
5 $Δ T_{b} = i K_{b} m$ 을 계산한 뒤, 순수 용매의 끓는점에 더합니다.

자주 하는 오해

'끓는점이 높아졌다 = 빨리 끓는다'고 이해하기

이렇게 생각하기 쉬움소금을 넣으면 끓는점이 높아지니까 물이 더 빨리 끓겠다

실제로는끓기 시작하는 온도가 높아진 것이므로, 오히려 더 오래 가열해야 끓습니다.

끓는점은 '끓기 쉬운 정도'가 아니라 '끓기 시작하는 온도'입니다. 두 값을 뭉뚱그리면 부호를 반대로 잡게 됩니다. 실제로 소금물은 맹물보다 늦게 끓기 시작하고, 대신 끓는 동안의 온도가 조금 더 높습니다.

K_{b}

를 용질의 성질이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움설탕의

K_{b}

는 얼마인가요?

실제로는

K_{b}

는 용매의 상수입니다. 물이면 약

0.51

, 다른 용매면 다른 값이고, 녹인 용질이 무엇이든 바뀌지 않습니다.

총괄성 공식에서 용질이 기여하는 부분은 오직

m

과

i

뿐입니다. 용질의 종류에 따라 값이 달라지는 항은 애초에 존재하지 않습니다. 문제에서 '어떤 용매의

K_{b}

'라고 주어졌는지를 먼저 확인하는 습관이 필요합니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

몰랄 농도고3 용액의 총괄성고3 증기압 내림고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 용액의 성질

몰 분율고3 몰랄 농도고3 삼투압고3 어는점 내림고3 용액의 총괄성고3 용해 과정과 용해열고3 용해도고3 증기압 내림고3 헨리 법칙고3

자주 묻는 질문

Q1높은 산에서는 물이 몇 도에서 끓나요?

100^{\circ} C

보다 낮은 온도에서 끓습니다. 다만 이것은 총괄성이 아니라 외부 압력이 낮아졌기 때문입니다. 용질 때문이 아니라 압력 때문이라는 점에서 원인이 다릅니다.

Q2끓는점 오름은 왜 이렇게 값이 작나요?

물의

K_{b}

가

0.51

로 작기 때문입니다. 같은 농도에서 어는점 내림 상수

K_{f}

는 약

1.86

이라 세 배 이상 큽니다. 그래서 실험으로 분자량을 구할 때는 끓는점보다 어는점을 재는 쪽이 유리합니다.

Q3물을 계속 끓이면 소금물의 끓는점은 그대로인가요?

아닙니다. 물이 증발하면서 용매의 양이 줄어들면 몰랄 농도가 점점 커지므로 끓는점도 계속 올라갑니다. 순수한 물이 끓는 내내

100^{\circ} C

를 유지하는 것과 다른 점입니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 화학 · 용액의 성질 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

오류 신고하기

같은 원리가 반대 방향으로 작동하는 어는점 내림 을 보면 총괄성의 대칭이 눈에 들어옵니다.

전체 연결 구조가 궁금하다면

초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.

끓는점 오름 지도에서 확인하기 →