10% (w/v) 수산화나트륨(NaOH) 용액 조제 방법(완결편) feat. 제약 품질 노트

농도 개념 이해하기

10 % (w/v)는 10 % 중량/부피(weight/volume)를 의미한다. 이는 용액 100 mL 안에 10 g의 용질(NaOH)이 녹아 있다는 뜻임.

용질의 양은 질량(g)으로, 최종 용액의 부피는 부피(mL)로 측정된다는 점이 중요하다.

중량/부피 백분율을 구하는 공식은 다음과 같다.

% (w/v) = 용질의 질량 (g)​ / 용액의 총 부피 (mL) × 100

이 공식을 이용하면 주어진 절차가 정확하다는 것을 확인할 수 있다.

10 %=10 g / 100 mL ​× 100

이 계산을 통해 10 g의 NaOH를 최종 부피 100 mL의 물에 녹이면 10 % (w/v) 용액이 만들어진다는 것을 알 수 있다.

10% NaOH 조제법

발열 반응

NaOH 알갱이를 물에 녹이는 과정은 매우 강한 발열 반응이야. 즉, 상당한 양의 열을 방출해. 그래서 절차에 따라 한 번에 많은 양의 NaOH를 넣지 않고, 얼음물에 비커를 담가 온도를 낮추는 것이 중요해. 열이 갑자기 발생하면 용액이 끓어오르거나 유리 비커가 깨질 수도 있어. 그리고 절차에서 가장 강조하는 것 중 하나는 절대로 물을 NaOH 알갱이에 먼저 붓지 말아야 한다는 점이야. 이 경우 물이 순간적으로 끓어올라 부식성 용액이 튀어 오를 수 있어.

조해성 (흡습성)

NaOH는 조해성(hygroscopic) 물질로, 공기 중의 수분을 빠르게 흡수하는 성질이 있어. 그래서 저울로 잴 때 오랜 시간 공기에 노출하면 안 돼. 수분을 흡수하면 NaOH 알갱이의 질량이 늘어나 의도한 농도의 용액을 만들 수 없게 돼. 이러한 문제는 많은 분말 형태의 화학물질에서 발생하며, 정확하고 신속한 측정이 필요한 이유이기도 해.

부피 측정의 중요성

절차에서 처음 70 mL의 물에 NaOH를 녹인 후 최종 부피를 100 mL로 맞추도록 강조하고 있어. 이는 부피 플라스크나 메스 실린더를 사용해 최종 부피를 정확히 맞추는 것이 중요하기 때문이다. NaOH 알갱이 자체도 용액의 부피에 영향을 주기 때문에, 단순히 물 100 mL에 10 g의 NaOH를 넣는 것은 정확하지 않아. 용질을 먼저 녹인 후 최종 부피를 맞추는 것이 화학 실험에서 정밀한 농도를 확보하는 표준적인 방법이다.

 

몰농도(Molarity)로 변환하기

이 절차는 중량/부피 농도(%)에 초점을 맞추고 있지만, 이 용액의 몰농도(Molarity)를 아는 것도 유용하다. 몰농도(M)는 용액 1리터당 용질의 몰(mole) 수로 정의돼.

몰농도 (M) = 용질의 몰(mole) 수​ / 용액의 부피 (L)

• NaOH의 분자량: 40 g/mol
• NaOH의 질량: 10 g
• 용액의 부피: 100 mL = 0.1 L

먼저 NaOH의 몰(mole) 수를 계산해 볼게.

몰 수=질량 / 분자량 ​= 40 g/mol / 10 g ​= 0.25 mol

이제 몰농도를 계산하면:

몰농도 = 0.25 mol / 0.1 L = 2.5 M

따라서 10% (w/v) NaOH 용액은 2.5 M 용액과 같다. 이러한 농도 변환은 실험의 요구에 따라 실험실 환경에서 자주 필요한 과정이기에 알아두길...

 

농도 계산 방식의 차이

1) 중량/부피(% w/v) 기준 (기존 계산)

이 방식은 용액의 최종 부피를 기준으로 용질의 질량을 나타내. 10 % (w/v) NaOH 용액은 100 mL의 용액에 10 g의 NaOH가 녹아 있다는 뜻이야. 이 경우 용액의 밀도는 고려하지 않았고, 용액의 부피를 100 mL로 고정하여 몰농도를 계산했었지.

• 용질의 몰수: 10 g / 40 g/mol = 0.25 mol
• 용액의 부피: 100 mL = 0.1 L
• 몰농도: 0.25 mol / 0.1 L = 2.5 M

2) 중량/중량(% w/w) 기준 (밀도 사용 계산)

이 방식은 용액의 총 질량을 기준으로 용질의 질량을 나타내. 10% (w/w) NaOH 용액은 100 g의 용액에 10 g의 NaOH가 녹아 있다는 뜻이야. 밀도 정보는 이 중량/중량 농도를 부피로 변환하는 데 사용되는 거야.

• 용질의 몰수: 10 g / 40 g/mol = 0.25 mol
• 용액의 질량: 100 g
• 용액의 부피: 100 g / 1.11 g/mL = 90.09 mL = 0.09009 L
• 몰농도: 0.25 mol / 0.09009 L = 2.775 M

왜 결과가 다른가?

두 계산의 차이는 기준이 되는 용액의 양이 다르기 때문이다.

• 첫 번째 계산은 '100 mL의 용액'을 기준으로 했기 때문에 100 mL 용액에는 10 g의 NaOH가 들어 있어.
• 두 번째 계산은 '100 g의 용액'을 기준으로 했기 때문에 100 g 용액에는 10 g의 NaOH가 들어 있고, 이 100 g 용액의 부피가 90.09 mL였던 거지.

결론적으로, 네가 처음에 제시했던 10 % NaOH 용액의 제조법은 중량/부피(% w/v) 방식이었고, 네가 밀도를 적용해 다시 계산한 것은 중량/중량(% w/w) 방식이었기 때문에 결과가 달라진 거임.

화학에서는 농도를 정확히 명시해야 혼동을 피할 수 있다.