오스트발트 희석률 (Ostwald dilution law)

 

 

오스트발트 희석률  |  Ostwald dilution law

 

 

0. 들어가기

  오스트발트 희석률은 독일의 화학자 빌헬름 오스트발트(Friedrich Wilhelm Ostwald, 1853-1932)가 1888년 제안한 것으로 약산의 이온화 상수(K_a)와 약산의 이온화도 사이 관계를 나타낸 법칙을 말한다. (사실, 산-염기에만 국한된 것이 아닌, 수용액에서 해리되는 전해질들의 해리 상수 K_d 와 초기 농도 c₀ , 전해질의 해리도(해리 분율) α 사이 관계에 대한 것이다.)

Fridrich Wilhelm Ostwald  [출처] http://commons.wikimedia.org

 

1. 유도하기

  약산(약전해질)은 수용액에서 일부 해리되어 다음과 같은 평형 상태에 도달한다.

  약산의 초기 농도를 c₀, 약산의 이온화도를 α 라고 한다면,

  약산은 이온화도의 비율만큼 해리되며, 해리된 약산의 농도는 c₀*α 로 나타낼 수 있다. HA가 해리되는만큼, H⁺와 A^-가 생성되므로, 생성된 H⁺와 A^-의 농도 또한 c₀*α 이다.

  평형 상태에서의 약산의 농도는 c₀ - c₀*α 이며, 공통항인 c₀로 묶어 c₀(1 - α )와 같이 표현할 수 있다. 평형에서의 농도를 이온화 상수식에 대입하면, 다음과 같이 표현 가능하다.

약산(HA)의 평형 상태에서의 이온화 상수와 근사 과정

  매우 약한 전해질(약산, 약염기 등)의 경우 α 는 매우 작고, α ≒ 0 에 근사할 수 있으므로, 이온화 상수식의 1 - α ≒ 1 임을 뜻한다. 

이온화도는 초기농도 제곱근에 반비례한다.

  온도가 일정할 때, 산의 이온화 상수는 일정하므로, 약산의 이온화도(해리 정도)는 초기 농도 제곱근에 반비례한다. 다시 말해, 농도가 진할수록 약산의 이온화도(α )는 작아지며, 농도가 묽어질수록 이온화도(α )가 커진다.

 

 

2. 적용하기

  0.1 M 아세트산(CH₃COOH) 수용액의 이온화도(α )와 0.01 M 아세트산 수용액의 이온화도를 비교해보자. (단, 아세트산의 산 이온화 상수 K_d = 1.75 × 10^-5 이다.

  0.1 M 아세트산이 진한 용액, 0.01 M 아세트산을 상대적으로 묽은 용액이라 하자. 위에서 이끌어낸 결론에 그냥 대입해도 되지만 0.1 M 용액에 대하여 간략하게 풀이를 해보면,

  약, 1.32 %의 이온화도를 갖는 것을 알 수 있다.

  같은 방법으로 10 배 묽은 0.01 M 아세트산 수용액의 이온화도를 구하면,

  약 4.18%의 이온화도를 가지며, 0.1 M 수용액보다 약 2.86%의 이온화도가 증가했다. 농도가 묽은 용액일수록 이온화도(해리도)가 커짐을 확인할 수 있다.

 

 

3. 한계점

  오스트발트 희석률은 일정 온도에서 산 또는 염기, 전해질의 해리 평형에서의 평형 상수 값이 일정함을 바탕으로 유도된다. 그러나 이온화도가 큰 강전해질, 강산-강염기의 경우 평형 상수 값이 일정치 않으며 이 법칙이 적용되지 않는다.

 

 

오스트발트 희석률 

- 끝 -

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* 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.

 

 

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