끓는점 오름이란?

끓는점 오름은 대표적인 총괄성(colligative property) 중 하나입니다. 휘발성이 없는 용질을 용매에 녹이면 그 용액의 끓는점이 순수한 용매보다 높아지는 현상이죠. 끓는점이 얼마나 올라가는지는 녹아 있는 입자의 '개수'에만 좌우될 뿐, 용질이 어떤 물질인지와는 무관합니다. 이 계산기는 끓는점 오름값 $\Delta T_b$를 구하고, 원한다면 용액의 새로운 끓는점까지 계산해 줍니다.

순수 용매와 용액의 끓는점을 비교한 상도표 — 용질을 넣으면 끓는점이 올라간다: 용액은 대기압에 도달하려면 더 높은 온도가 필요하다.

계산기 사용법

세 가지 값을 입력하세요. 반트호프 인자($i$), 용매의 끓는점 오름 상수($K_b$, 단위 °C·kg/mol), 그리고 용액의 몰랄농도($m$, 단위 mol/kg)입니다. 용매의 정상 끓는점을 함께 입력하면 올라간 끓는점까지 바로 확인할 수 있습니다. 물의 경우 $K_b \approx 0.512$ °C·kg/mol이며, 정상 끓는점은 100 °C입니다.

공식 풀이

관계식은 다음과 같습니다.

$$\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m$$

여기서 i는 반트호프 인자로, 화학식 단위 하나가 녹았을 때 생기는 입자의 수를 뜻합니다(설탕은 1, NaCl은 약 2, CaCl₂는 약 3). Kb는 용매 고유의 상수이고, m은 몰랄농도로 용매 1킬로그램당 용질의 몰수를 의미합니다. 새 끓는점은 간단히 다음과 같이 구합니다.

$$T_b = T_b^{0} + \Delta T_b$$

끓는점 오름 공식의 요소를 분석한 그림 — $\Delta T_b$는 세 가지 요소로 결정된다: 반트호프 인자 $i$, 끓는점 오름 상수 $K_b$, 몰랄농도 $m$.

예제 풀이

물 1 kg에 NaCl 1 mol을 녹여 봅시다($m = 1$ mol/kg). NaCl은 Na⁺와 Cl⁻로 해리되므로 $i \approx 2$입니다. $K_b = 0.512$를 대입하면

$$\Delta T_b = 2 \times 0.512 \times 1 = 1.024 \;°\text{C}$$

가 됩니다. 따라서 이 용액은 약 $100 + 1.024 = 101.024$ °C에서 끓습니다.

끓는점오름상수(Kb)와 일반적인 용매의 끓는점

끓는점오름상수 $K_b$는 용매의 성질로, 용액의 몰랄농도와 끓는점 상승 사이의 관계를 $\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m$으로 나타냅니다. $K_b$ 값이 클수록 용매의 끓는점이 녹아있는 입자 1몰당 더 가파르게 상승함을 의미합니다. 아래 표는 일반적인 실험실 용매의 $K_b$(단위: °C·kg/mol)와 정상 끓는점(1 기압에서)을 나열합니다.

용매	K_b (°C·kg/mol)	정상 끓는점 (°C)
물	0.512	100
벤젠	2.53	80.1
클로로포름	3.63	61.2
에탄올	1.22	78.4
아세트산	3.07	118.1
사염화탄소	4.95	76.7
디에틸에테르	2.02	34.5
캠퍼	5.95	207.4
시클로헥산	2.79	80.7

$K_b$ 값은 기준 온도와 측정 방법에 따라 문헌 자료마다 약간씩 다릅니다. 높은 정밀도가 필요한 경우 특정 데이터 세트에서 제공하는 값을 사용하세요.

일반적인 용질의 반트호프 계수

반트호프 계수 $i$는 각 화학식 단위가 용액에 용해될 때 생성하는 입자의 수를 나타냅니다. 설탕과 같은 비전해질은 해리되지 않으므로 $i \approx 1$입니다. 이온 화합물은 이온으로 해리되므로 이상적인 $i$는 이온의 개수와 같습니다. 실제 용액에서는 이온 쌍 형성이 유효 값을 이상값보다 낮추므로, 특히 다중 전하 이온의 경우 관찰된 $i$는 종종 더 낮습니다.

용질	화학식	생성되는 이온	이상적 i	대략 관찰값 i (희석 상태)
수크로오스	C₁₂H₂₂O₁₁	없음 (비전해질)	1	1
글루코오스	C₆H₁₂O₆	없음 (비전해질)	1	1
염화나트륨	NaCl	Na⁺ + Cl⁻	2	~1.9
염화칼륨	KCl	K⁺ + Cl⁻	2	~1.9
염화칼슘	CaCl₂	Ca²⁺ + 2 Cl⁻	3	~2.7
황산마그네슘	MgSO₄	Mg²⁺ + SO₄²⁻	2	~1.3
황산나트륨	Na₂SO₄	2 Na⁺ + SO₄²⁻	3	~2.5
염화알루미늄	AlCl₃	Al³⁺ + 3 Cl⁻	4	~3 (변함)
아세트산	CH₃COOH	약한 전해질 (부분)	1–2	약간 >1

빠른 추정에는 이상적 $i$를 사용하고, 실험 데이터와 일치시킬 때는 관찰값을 사용하세요. MgSO₄가 이상값 2에서 크게 벗어나는 것은 이중 전하 이온 사이에 광범위한 이온 쌍 형성이 일어남을 나타냅니다.

자주 묻는 질문

반트호프 인자란 무엇인가요? 용질이 녹을 때 화학식 단위 하나당 실제로 내놓는 입자의 유효 개수입니다. 설탕 같은 비전해질은 $i = 1$을 쓰고, 이온 화합물은 생성되는 이온 수를 사용합니다(농도가 높을 때는 이온쌍 형성에 따른 보정이 필요합니다).

몰랄농도는 어떤 단위인가요? 몰랄농도는 용매 1킬로그램당 용질의 몰수(mol/kg)로, 부피(리터)가 아니라 질량을 기준으로 합니다. 그래서 온도가 변해도 값이 달라지지 않습니다.

주요 용매의 Kb 값은? 물 0.512, 벤젠 2.53, 클로로폼 3.63, 에탄올 1.22 °C·kg/mol입니다.

끓는점 오름 계산기

계산 입력

공식

Boiling Point Elevation (ΔTb)

결과