화학 고2 화학의 언어

ppm 농도

Q: ppb는 무엇인가요?

parts per billion, 십억분율입니다. 1,ppb = 0.001,ppm이고, 묽은 수용액에서는 대략 1,/L에 해당합니다. ppm으로도 소수점이 길어지는 초미량 성분에 씁니다.

Q: ppm에는 왜 단위를 안 붙이나요?

같은 단위끼리 나눈 비율이라 단위가 약분되어 사라지기 때문입니다. %와 마찬가지로 '몇 분의 몇'을 뜻하는 이름일 뿐입니다. 그래서 분자와 분모의 단위를 반드시 같게 맞춘 뒤에 나눠야 합니다.

100만 분의 1 단위로 나타내는 질량 비율 농도(mg/kg 또는 mg/L). 환경 오염 물질·미량 성분 분석에 주로 사용된다.

ppm(parts per million)은 전체를

100

만으로 봤을 때 그중 몇 몫인지를 나타내는 농도로, 보통 질량을 기준으로

mg/kg

과 같은 뜻입니다.

퍼센트가 '

100

중에 몇'이라면 ppm은 '

100

만 중에 몇'입니다.

1%

가

10, 000 ppm

이니, 아주 조금 들어 있는 물질을

0.0001%

처럼 0을 줄줄이 쓰지 않고 표현하려고 만든 단위입니다.

쉽게 말하면

수돗물의 중금속이나 대기 오염 물질처럼 극히 적은 양을 다룰 때, 퍼센트로 쓰면 소수점 아래 0이 너무 많아 읽기가 힘듭니다. ppm은 기준을 $100$ 만으로 키워 그 문제를 없앤 단위입니다.

$ppm = \frac{용질의 질량}{용액의 질량} \times 1 0^{6}$

분모가 용액 전체(용질 + 용매)의 질량이라는 점은 몰농도와 같지만, 나누는 대상이 부피가 아니라 질량이고 위에 오는 것도 몰수가 아니라 질량이라는 점이 다릅니다. 그래서 ppm은 물질의 종류를 몰라도 계산할 수 있는 대신, 반응식과 곧바로 맞물리지는 않습니다. 반응의 양을 따지려면 몰 질량을 이용해 몰(mol)과 아보가드로수로 되돌아가야 합니다.

실무에서 많이 쓰는 지름길이 하나 있습니다. 묽은 수용액은 밀도가 물과 거의 같아 $1 L \approx 1 kg$ 이므로,

$1 ppm \approx 1 mg/L (묽은 수용액)$

이 관계가 성립합니다. 수질 기준이 대부분 $mg/L$ 로 적혀 있는 이유입니다. 더 작은 양은 ppb(십억분율)로 씁니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

물 $2 kg$ 에 어떤 물질 $10 mg$ 이 녹아 있다면

$\frac{10 \times 1 0 ^{- 3} g}{2000 g} \times 1 0^{6} = 5 ppm$

분자와 분모의 단위를 같게 맞추는 것이 전부입니다. $mg$ 과 $kg$ 을 그대로 쓰면 $\frac{10 mg}{2 kg} = 5 mg/kg = 5 ppm$ 으로 한 줄에 끝납니다.
예시 2

퍼센트와 ppm 사이 변환

$1% = \frac{1}{100} = \frac{1 0 ^{4}}{1 0 ^{6}} = 10, 000 ppm, 1 ppm = 0.0001%$

$%$ 에 $10, 000$ 을 곱하면 ppm, ppm을 $10, 000$ 으로 나누면 $%$ 입니다. 어느 쪽으로 가야 할지 헷갈리면 '기준이 커지면 숫자도 커진다'고 생각하세요.
예시 3

$5 ppm$ 용액 $500 mL$ 에 들어 있는 용질의 질량

묽은 수용액이므로 $5 ppm \approx 5 mg/L$ 입니다. 부피가 $0.5 L$ 이므로 용질은 약 $2.5 mg$ 입니다. 눈에 보이지도 않는 양이지만, 중금속이라면 충분히 문제가 되는 수준입니다 — ppm이 왜 필요한 단위인지 보여 줍니다.

ppm과 몰농도, 무엇이 다른가

구분	ppm	몰농도 ( $M$ )
분자(위)	용질의 질량	용질의 몰수
분모(아래)	용액의 질량 (또는 부피)	용액의 부피 ( $L$ )
필요한 정보	질량만 알면 됨 — 몰 질량 불필요	몰 질량이 반드시 필요
주로 쓰는 곳	환경 기준, 미량 성분 분석	반응의 양적 계산, 적정
온도 변화	질량 기준이면 변하지 않음	부피가 변하므로 조금 달라짐

자주 하는 오해

ppm을 '입자

100

만 개 중 몇 개'로 읽기

이렇게 생각하기 쉬움

5 ppm

은 전체 분자

100

만 개 중 용질 분자가 5개 있다는 뜻이다

실제로는수용액의 ppm은 기본적으로 질량 비율입니다. 전체 질량

100

만 중 용질의 질량이 5라는 뜻입니다.

개수 비율과 질량 비율은 전혀 다른 값입니다. 무거운 용질은 개수가 적어도 질량 비율이 크게 나오기 때문입니다. 개수(몰) 기준으로 세고 싶다면 몰 분율 같은 다른 농도를 써야 합니다. 다만 대기 중 기체 농도를 말할 때는 부피 기준 ppm을 쓰는 관행이 있으니, 문제에서 무엇을 기준으로 삼았는지 반드시 확인하세요.

1 ppm = 1 mg/L

를 모든 용액에 적용하기

이렇게 생각하기 쉬움어떤 용액이든

1 ppm

이면

1 L

에

1 mg

이 들어 있다

실제로는이 관계는 밀도가 물과 거의 같은 묽은 수용액에서만 성립하는 근삿값입니다. ppm의 정의 자체는 부피가 아니라 질량 비율입니다.

1 ppm = 1 mg/kg

은 정의에서 바로 나오지만, 이것을

1 mg/L

로 바꾸려면 '용액

1 L

의 질량이

1 kg

'이라는 가정이 필요합니다. 즉 밀도가

1 g/mL

여야 합니다. 진한 용액이나 물이 아닌 용매에서는 밀도가 달라 이 지름길이 무너집니다. 공식을 외울 게 아니라 어떤 가정 위에 서 있는지를 기억하세요.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

몰(mol)과 아보가드로수고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 화학의 언어

몰(mol)과 아보가드로수고2 몰농도고2 실험식과 분자식고2 양적 관계(화학량론)고2 원자량과 화학식량고2 한계 반응물과 수율고2 화학 반응식고2

자주 묻는 질문

Q1ppb는 무엇인가요?

parts per billion, 십억분율입니다.

1 ppb = 0.001 ppm

이고, 묽은 수용액에서는 대략

1 μ g/L

에 해당합니다. ppm으로도 소수점이 길어지는 초미량 성분에 씁니다.

Q2ppm을 몰농도로 바꾸려면 무엇이 필요한가요?

용질의 몰 질량과 용액의 밀도가 필요합니다. ppm은 질량 정보만 담고 있어서, 몰수로 가려면 몰 질량으로 나눠야 하고 부피로 가려면 밀도가 있어야 하기 때문입니다.

Q3ppm에는 왜 단위를 안 붙이나요?

같은 단위끼리 나눈 비율이라 단위가 약분되어 사라지기 때문입니다.

%

와 마찬가지로 '몇 분의 몇'을 뜻하는 이름일 뿐입니다. 그래서 분자와 분모의 단위를 반드시 같게 맞춘 뒤에 나눠야 합니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 화학 · 화학의 언어 수록 기본 (교육과정 단원)

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

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같은 농도라도 무엇을 기준으로 나누느냐에 따라 이름이 달라집니다. 부피로 나누는 몰농도와 나란히 놓고 비교해 보면 농도 단위 전체가 한눈에 정리됩니다.

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