농도계산(%, ppm, N, M...)

안녕하세요

이번 시간에는 수질에서 가장 기초가 되는 농도에 관하여 배우는 시간을 갖겠습니다.
많은 분들께서 배워가시면 좋겠습니다. 감사합니다.

 

▧ 농도계산

1. 백분율 농도

백분율 농도에는 다음과 같은 4가지의 농도가 있다.

1) v/v %농도 : 용액 1,000mℓ속에 녹아 있는 용질의 mℓ수 [mℓ/ℓ] → vol % 표시
2) w/w %농도 : 용액 100g속에 녹아 있는 용질의 g수 [g/g] → wt % 표시
3) w/v %농도 : 용액 1,000mℓ속에 녹아 있는 용질의 g수 [g/ℓ] % 표시
4) v/w %농도 : 용액 100g속에 녹아 있는 용질의 mℓ수 [mℓ/g]

* 통상 w/w %농도를 %농도와 혼동이 되며 그 차이는 밀도의 차이임.
밀도가 1g/ℓ경우 동일한 계산결과가 나옴.
일반적인 물의 밀도 = 1 g/cm3 = 1 g/mℓ = 1 Kg/ℓ

w/w %농도는 무게백분율이라 부르며, v/v %농도는 부피백분율이라고 칭한다.

2. ppm 농도 [parts per million] : 현재 저희쪽에서 가장중요한 농도입니다.

ppm 농도는 어떠한 용액 1,000㎖에 어떠한 용질이 몇mg이 녹아 있는가 이를 1ppm이라고 한다.
(단 비중이 1인 경우)
ppm농도를 이용하여 용액을 만들 때에는 반드시 일부의 용매에 용질을 녹인 후 최종적으로
원하는 용액의 량으로 조정해 주어야 한다.

미량분석의 정량범위, 검출한계 등을 수적으로 표현하는 단위로 ppm 농도와 %농도간의 환산문제을
자주 실시하며, 일반적으로 %농도를 10,000으로 곱하면 ppm 단위의 농도가 된다.

일반적으로 g/g %농도에 계열에 해당하며 간단히 ppm로 표현함. 통상 단위는 [mg/ℓ]라고
단위를 표시하는데 이는 비중이 1인경우에 해당된다. 비중이 1이 아닌경우는 ppm 농도를
비중으로 나누어줘야 정확한 ppm 농도 표현이라 할 수 있음.

단순히 ppm은 1/10^6 을 표현함.

* ppm 농도 = g/g %농도 * 10,000

* 비중이 1이 아닌 용액의 경우 mg/ℓ%농도 / 비중 = ppm 농도

1 ppm = 1/10^6 = 1/10^4 %

3. ppb 농도 [parts per billion]

수질오염도나 대기오염도를 나타내는 단위로 ppb 농도와 ppb 농도간의 환산문제을 자주 실시하며,
일반적으로 ppm 농도를 1,000으로 곱하면 ppb 단위의 농도가 된다.

단순히 ppb은 1/10^9 을 표현함.

* ppb 농도 = ppm 농도 * 1,000

4. 몰농도 (Molarity :M)

용액 1ℓ에 들어 있는 용질의 몰수를 말하며, M 또는 mol/ℓ로 나타낸다.

M = (w / M) * (1,000 / V)
☞ 용질의 질량(g), M : 용질의 분자량, V : 용액의 부피(mℓ)

M = (10 * % 농도 * 비중) / M
☞ M : 용질의 분자량

* 희석도 : 1/몰농도 [ℓ/mol]

 

5. 몰랄농도 (molarity :m)

용매 1,000g 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 말하며, m으로 표시한다.
단위는 [mol/kg], 주로 라울의 법칙이나 삼투압 측정 등에 이용된다.

몰랄농도 (m) = (용질의 질량(w) / 분자량 (M)) * (1000 / 용매의 질량(g))

* 용매 1,000g에 유의해야 함.

 

6. 노르말농도 (Normal :N)

용액 1ℓ속에 녹아 있는 용질의 g당량수로 나타내며, N으로 표시한다.

노르말농도 (N) = 용질 g 당량수 / 용액의 부피(ℓ)
노르말농도 (N) = [용질의 무게(w) / 용질 1g 당량수] * [1000 / 용액의 부피(mℓ)]


* g 당량수 = 분자량 / (1분자중의 H+ 또는 OH- 수)

 

7. 몰분율 (molar fraction)

어떤 성분의 몰수(數)와 전체 성분의 몰수와의 비를 말한다. 제1성분의
몰수를n1, 제2성분의 몰수를 n2, 제3, 제4, …, 제n까지의 몰수를
n3,n4,…,nm이라 하고, 그 합을 N몰이라 하면, 제1성분의 몰분율 x1은

x1 = n1 / (n1 + n2 + n3 + .... nm) = n1 / N

으로 계산이 되어진다.

 

8. 몰백분율

몰분율(分率)을 백분율로 나타낸 값

 

9. 중량비

용질의 g수를 용매의 g수로 나눈 값

 

10. 몰비(比)

용질의 몰수를 용매의 몰수로 나눈 값



▧ 농도환산

1. %농도 → 몰농도(M)

공식 ☞ 비중(밀도) * 1000 * [%농도 / 100] * [1 / 분자량] = M 농도

2. %농도 → 노르말농도(N)

공식 ☞ 비중(밀도) * 1000 * [%농도 / 100] * [1/ 1g 당량의 무게] = N 농도

3. M농도 → N농도

공식 ☞ M 농도 * (H+농도 또는 OH-농도) = N 농도

4. 용해도 → %농도

공식 ☞ %농도 = [용해도 / (100 + 용해도)] * 100

 

 

▧ 기타 필요공식

원리를 알면 굳이 공식이 필요하지는 않습니다. 그러나 간혹 공식을 신봉(?)하시는 분들을 위하여...

1. 몰분율 (mole fraction) : 한 성분의 몰수를 성분전체의 몰수 나눈 값

n1, n2 : 각 성분의 몰수
X1, X2 : 각 성분의 몰분율

X1 = n1 / (n1 + n2), X2 = n2 / (n1 + n2)
X1 + X2 = 1

 

2. 희석 또는 농축에 대한 계산

M1 * V1 = M2 * V2

* M1, M2 : 혼합전/후의 몰농도
* V1, V2 : 혼합전/후의 용액부피

(M1 * V1) + (M2 * V2) = M3 * (V1 + V2)

* M1, M2 : 혼합전 용액1, 용액2의 몰농도
* M3 : 혼합후 용액3의 몰농도
* V1, V2 : 용액1, 용액2의 용액부피

※ 농도에 대한 참고사항

- M농도, N농도는 온도에 영향을 받으나, %농도, m농도는 온도의 영향을 받지 않는다.

- 산(염기)당량이란? : 1몰의 H+(OH-)을 낼 수 있는 산(염기)의 양

* 산(염기) 1g 당량 = 산(염기) 1몰 / H+수(또는 OH-수)

예) HCl 1몰 : 1g 당량
H2SO4 1몰 : 2g 당량

 

출처 : 인터넷 화학공학