끓는점 오름

요약 비휘발성 용질(溶質)을 녹인 용액의 끓는점이 순수한 용매의 끓는점보다 높아지는 현상이다.

액체는 그 액체의 증기압이 외부 압력과 같을 때 끓는다. 따라서 용매와 용액의 끓는점에 관한 이해를 위해서는 용매와 용액의 증기압에 관해 살펴볼 필요가 있다. 비휘발성 용질이 녹아 있는 용액의 증기압은 순수한 용매보다 증기압이 낮아진다. 이것은 용액 속에 녹아 있는 용질이 용매의 증발을 방해하기 때문이다.



그림에서 왼쪽은 용매이고 오른 쪽은 용액인데, 용액에서 증발하는 용매 분자의 수가 용매보다 적어 증기압이 작아지며 그 차이를 증기압 내림(그림에서 ΔP)이라고 한다. 용액의 증기압이 용매보다 낮아지는 것은 어느 특정 온도일 때만이 아니라 어떤 온도에서나 일어나는 공통 현상으로, 실험으로 확인된 사실이다.

다음 그림은 용매와 용액의 온도 변화에 따른 증기압을 도식화한 것으로 이 그림을 보면 용액의 끓는점이 왜 높아지는지를 쉽게 알 수 있다.



위 그림에서 용매의 증기압이 외부 압력(1기압)과 같게 되는 온도가 T_b 이기 때문에 이 용매의 끓는점은 T_b 가 된다. 마찬가지로 생각하여 용액의 끓는점은 T'_b 가 된다. 여기서 용액의 끓는점은 용매보다 ΔT_b 만큼 높아졌는데 이것을 끓는점 오름이라고 한다.

끓는점이 올라가는 정도(ΔT_b)는 용질의 종류와는 관계없이 용액 중에 들어 있는 용질 입자의 수(용액의 농도)와 용매의 특성인 끓는점 오름 상수에 비례한다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.

ΔT_b = m k_b

m 은 용액의 몰랄 농도이고,  k_b는 몰랄 끓는점 오름 상수이다. (물의 경우 k_b는 0.512℃이다.)

위의 식을 이용하면 분자량을 모르는 물질의 분자량도 실험적으로 결정해낼 수 있다.

우리가 일상 생활에서 사용하는 액체는 대부분이 수용액이므로 100℃ 이상에서 끓는다. 우리가 매일 먹는 국도 액체 부분은 용액으로 볼 수 있기 때문에 국이 끓고 있을 때의 온도는 100℃보다 훨씬 더 높다. 끓는 국에 의한 화상이 끓는 물에 의한 것보다 더 심한 것은 이 때문이다.