계산기 설명 용액 희석 계산기는 C 1 V 1 = C 2 V 2 C_1 V_1 = C_2 V_2 C 1 V 1 = C 2 V 2 를 풉니다. 농도 C 1 C_1 C 1 인 원액에서 V 1 V_1 V 1 을 취해 용매를 더해 전체 부피 V 2 V_2 V 2 로 만들면 농도 C 2 C_2 C 2 가 됩니다. 네 값 가운데 셋을 알면 나머지 하나를 역산할 수 있습니다. 12 mol/L 진한 염산 10 mL를 어디까지 물로 채워야 1 mol/L가 되는지, 250 mL의 0.5 mol/L 용액을 만들려면 원액을 얼마나 취해야 하는지, 20배 희석한 뒤 0.1 mol/L로 측정된 시료가 원래 얼마나 진했는지 같은 문제입니다.
이 식이 말하는 것은 한 가지, 희석 전후에 용질의 양은 변하지 않고 부피만 변한다 는 것입니다. 비례식이므로 농도가 mol/L로 한정되지 않습니다. 질량 분율(37% 염산), g/L, mg/mL, ppm, 완충액의 「10×」 배수까지 그대로 넣을 수 있습니다. C 1 C_1 C 1 과 C 2 C_2 C 2 가 같은 단위이고 V 1 V_1 V 1 과 V 2 V_2 V 2 가 같은 단위이기만 하면 됩니다. mol이 무엇인지, 다섯 가지 농도를 어떻게 환산하는지, 왜 부피를 「정용」해야 하고 단순히 더해서는 안 되는지는 화학 묶음의 기준 문서인 몰농도 계산기 에서 다루며, 이 페이지에서는 필요할 때 한 줄씩만 짚습니다.
하지 않는 일: 넣을 용매의 양(V 2 − V 1 V_2 - V_1 V 2 − V 1 , 손으로 한 단계만 계산, 예시 1 참고)은 계산하지 않습니다. 목표 농도가 원액보다 진한지 판단하지 않습니다(희석은 묽게만 만들 수 있고 C 2 > C 1 C_2 > C_1 C 2 > C 1 이면 나오는 결과에 물리적 의미가 없습니다, 예시 4 참고). 부피의 비가산성, 발열, 휘발은 다루지 않습니다. mL ↔ L 환산도 하지 않습니다. pH처럼 로그 눈금인 「농도」에는 쓸 수 없습니다.
예시 네 가지 예시는 모두 엔진 chem-dilution의 compute로 다시 계산했습니다. 표시 기준은 소수점 이하 최대 8자리, 끝의 0 제거이며 단위는 C 1 C_1 C 1 ·C 2 C_2 C 2 가 서로, V 1 V_1 V 1 ·V 2 V_2 V 2 가 서로 일치합니다.
예시 1: 12 mol/L 진한 염산으로 1 mol/L 만들기
입력: C 1 = 12 C_1 = 12 C 1 = 12 , V 1 = 10 V_1 = 10 V 1 = 10 , C 2 = 1 C_2 = 1 C 2 = 1 . V 2 = 12 × 10 / 1 = 120 V_2 = 12 \times 10 / 1 = 120 V 2 = 12 × 10/1 = 120 . 화면 표시: 최종 부피 V₂ 120 . 10 mL 원액에는 12 × 0.010 = 0.12 12 \times 0.010 = 0.12 12 × 0.010 = 0.12 mol HCl이 들어 있고, 물을 채워 120 mL로 만들어도 여전히 0.12 mol이므로 0.12 / 0.120 = 1 0.12 / 0.120 = 1 0.12/0.120 = 1 mol/L입니다. 넣을 물은 120 − 10 = 110 120 - 10 = 110 120 − 10 = 110 mL이며 120 mL가 아닙니다 — V 2 V_2 V 2 는 전체 부피입니다.
거꾸로 확인: C 2 C_2 C 2 를 비우고 V 2 = 120 V_2 = 120 V 2 = 120 을 채우면 C 2 = 12 × 10 / 120 = 1 C_2 = 12 \times 10 / 120 = 1 C 2 = 12 × 10/120 = 1 . 화면 표시: 목표 농도 C₂ 1 . 희석 배수 C 1 / C 2 = V 2 / V 1 = 12 C_1/C_2 = V_2/V_1 = 12 C 1 / C 2 = V 2 / V 1 = 12 .
그림 1: 예시 1. 양쪽 용질 점의 개수는 같고(24개) 물이 더 많을 뿐이다 — 이것이 C₁V₁ = C₂V₂
예시 2: 조제의 역질문 — 원액을 얼마나 취할까
취하는 부피 역산 : 250 mL의 0.5 mol/L 염산을 만들려 하고 원액은 여전히 12 mol/L입니다. V 1 V_1 V 1 을 비우고 C 1 = 12 C_1 = 12 C 1 = 12 , C 2 = 0.5 C_2 = 0.5 C 2 = 0.5 , V 2 = 250 V_2 = 250 V 2 = 250 을 채웁니다: V 1 = 0.5 × 250 / 12 = 10.41666667 V_1 = 0.5 \times 250 / 12 = 10.41666667 V 1 = 0.5 × 250/12 = 10.41666667 . 화면 표시: 취하는 부피 V₁ 10.41666667 — 10 mL 피펫으로는 취할 수 없으므로 실험실에서는 25 mL 눈금 피펫으로 10.4 mL를 취하거나, 목표를 12 mol/L로 나누어떨어지는 조합으로 바꿉니다.
또 다른 예: 1 mol/L 저장액으로 500 mL의 0.1 mol/L를 만듭니다. V 1 V_1 V 1 을 비우고 C 1 = 1 C_1 = 1 C 1 = 1 , C 2 = 0.1 C_2 = 0.1 C 2 = 0.1 , V 2 = 500 V_2 = 500 V 2 = 500 : V 1 = 50 V_1 = 50 V 1 = 50 . 화면 표시: 50 — 50 mL 저장액을 500 mL 부피 플라스크에 넣고 정용합니다. 10배 희석.
원액 농도 역산 : 농도를 모르는 시료 5 mL를 100 mL로 희석해 측정했더니 0.1 mol/L였습니다. C 1 C_1 C 1 을 비우고 V 1 = 5 V_1 = 5 V 1 = 5 , C 2 = 0.1 C_2 = 0.1 C 2 = 0.1 , V 2 = 100 V_2 = 100 V 2 = 100 : C 1 = 0.1 × 100 / 5 = 2 C_1 = 0.1 \times 100 / 5 = 2 C 1 = 0.1 × 100/5 = 2 . 화면 표시: 원액 농도 C₁ 2 . 분석 화학에서 가장 흔한 용법입니다. 시료가 진하면 기기가 제대로 측정하지 못하므로 먼저 희석해 재고 마지막에 희석 배수 20을 곱해 되돌립니다.
예시 3: 단계 희석 — 10배, 또 10배, 또 10배
미생물 계수나 효소 활성 측정에서는 농도를 몇 자릿수 낮춰야 하는데, 한 번에 1 μL를 10 L로 희석하는 것은 현실적이지 않아 단계적으로 합니다. 0.1 mol/L 용액 1 mL에 희석액을 더해 10 mL로 만들면 C 1 = 0.1 C_1 = 0.1 C 1 = 0.1 , V 1 = 1 V_1 = 1 V 1 = 1 , V 2 = 10 V_2 = 10 V 2 = 10 : C 2 = 0.01 C_2 = 0.01 C 2 = 0.01 . 화면 표시: 목표 농도 C₂ 0.01 . 이 0.01을 새 C 1 C_1 C 1 으로 삼아 다시 1 mL를 10 mL로: C 1 = 0.01 C_1 = 0.01 C 1 = 0.01 , V 1 = 1 V_1 = 1 V 1 = 1 , V 2 = 10 V_2 = 10 V 2 = 10 : 화면 표시 0.001 . 매 단계 10배씩 희석되어 n n n 단계 후 총 희석 배수는 10 n 10^n 1 0 n 이고, 세 단계면 1000배입니다.
실제 조작은 각 단계가 「시료 1 mL + 희석액 9 mL」입니다. 넣는 희석액은 V 2 − V 1 = 9 V_2 - V_1 = 9 V 2 − V 1 = 9 mL이며 10 mL가 아닙니다. 한 단계의 피펫 오차는 이후 단계마다 그대로 확대되므로 단계마다 교정된 피펫을 써야 합니다.
예시 4: 백분율도 쓸 수 있다, 그리고 두 가지 「불가」
질량 분율 직접 대입 : 5% 염소계 표백제로 0.5% 소독액을 만들려고 100 mL를 취합니다. C 1 = 5 C_1 = 5 C 1 = 5 , V 1 = 100 V_1 = 100 V 1 = 100 , C 2 = 0.5 C_2 = 0.5 C 2 = 0.5 : V 2 = 1000 V_2 = 1000 V 2 = 1000 . 화면 표시: 최종 부피 V₂ 1000 — 표백제 100 mL에 물을 부어 1 L로 만들면 10배 희석입니다. 단위가 %여도 공식은 상관하지 않습니다.
95% 알코올로 70% 소독용 알코올 500 mL 만들기 : V 1 V_1 V 1 을 비우고 C 1 = 95 C_1 = 95 C 1 = 95 , C 2 = 70 C_2 = 70 C 2 = 70 , V 2 = 500 V_2 = 500 V 2 = 500 : V 1 = 70 × 500 / 95 = 368.42105263 V_1 = 70 \times 500 / 95 = 368.42105263 V 1 = 70 × 500/95 = 368.42105263 . 화면 표시: 취하는 부피 V₁ 368.42105263 — 알코올 368 mL를 재서 물을 500 mL까지 정용 합니다. 여기서 「물 132 mL를 넣는다」는 식으로 하면 안 됩니다. 에탄올과 물을 섞으면 부피가 줄어들어 368 + 132로는 500 mL에 이르지 않고 농도가 70%보다 조금 높아집니다.
농축은 불가 : C 1 = 1 C_1 = 1 C 1 = 1 , V 1 = 10 V_1 = 10 V 1 = 10 , C 2 = 2 C_2 = 2 C 2 = 2 : 엔진은 V 2 = 5 V_2 = 5 V 2 = 5 를 내놓습니다. 화면 표시 5 — 취한 부피보다 작습니다. 대수적으로는 맞지만 물리적으로는 「물 5 mL를 덜어내라」는 요구가 되며, 그것은 증발 농축이지 희석이 아닙니다. 목표 농도가 원액보다 진하면 결과는 의미가 없습니다.
pH에는 쓸 수 없음 : pH 1 염산을 10배 희석하면 pH 2이며 「pH 10」이 아닙니다. pH는 [ H + ] [\text{H}^+] [ H + ] 의 음의 로그이고, C 1 V 1 = C 2 V 2 C_1 V_1 = C_2 V_2 C 1 V 1 = C 2 V 2 는 용질의 양에 비례하는 농도에만 성립합니다. 먼저 pH를 [ H + ] = 10 − pH [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} [ H + ] = 1 0 − pH 로 되돌리고, 희석한 뒤 다시 로그를 취해야 합니다.
진한 산 희석: 산을 물에, 천천히
예시 1의 진한 염산, 그리고 더 위험한 진한 황산은 희석할 때 많은 열을 냅니다. 교재와 안전 규정의 기준은 진한 산을 용기 벽을 따라 천천히 물에 넣고 저으라는 것이며, 물을 진한 산에 붓는 일은 절대 해서는 안 됩니다. 물은 밀도가 작아 산 위에 떠서 국소적으로 끓으며 튈 수 있기 때문입니다. 이 페이지는 계산만 설명하며 조작 절차가 아닙니다. 실제 조제는 소속 실험실의 안전 규정과 시약 안전 설명서에 따라 수행하십시오.
예시 1의 입력은 그대로 패널에 넣어 재현할 수 있습니다. 목표 농도를 0.5, 0.1, 0.01로 바꾸면 최종 부피가 240, 1200, 12000 mL로 반비례해 커지는 것을 볼 수 있습니다. 원액 농도를 37(질량 분율), 목표를 10으로 바꾸면 백분율에도 똑같이 적용됩니다.
원리와 유도 「용질 불변」에서 C 1 V 1 = C 2 V 2 C_1V_1 = C_2V_2 C 1 V 1 = C 2 V 2 까지
농도의 정의는 c = n / V c = n/V c = n / V (몰농도 )이므로 용액 속 용질의 양은 n = c V n = cV n = c V 입니다. 희석은 용매를 더할 뿐이므로 용질 분자는 하나도 늘거나 줄지 않습니다. 그래서 희석 전 n = C 1 V 1 n = C_1 V_1 n = C 1 V 1 , 희석 후 n = C 2 V 2 n = C_2 V_2 n = C 2 V 2 가 서로 같습니다. 이것이 유도의 전부입니다. 그림 1에서 양쪽에 점이 각각 24개씩 있는 것이 이 문장의 그림 설명입니다.
등식 양변이 같은 n n n 이므로 「양 = 농도 × 부피」 꼴의 농도라면 무엇이든 성립합니다. 질량 농도(g/L × L = g), 질량 분율(용액 밀도 변화가 크지 않을 때 근사적으로), ppm, 활성 단위/mL, 콜로니 수/mL도 마찬가지입니다. 패널에 mol/L과 mL가 적혀 있어도 %와 L을 넣을 수 있는 이유가 이것입니다.
희석 배수와 반비례
등식을 C 2 / C 1 = V 1 / V 2 C_2 / C_1 = V_1 / V_2 C 2 / C 1 = V 1 / V 2 로 바꾸면 농도가 작아진 배수는 부피가 커진 배수와 같습니다. n n n 이 고정되면 C C C 와 V V V 는 반비례 합니다. 「12배 희석」「1 : 11 희석」「12× 저장액」은 모두 V 2 / V 1 = 12 V_2 / V_1 = 12 V 2 / V 1 = 12 를 뜻합니다. 다만 「1 : 11」은 원액 1부에 용매 11부를 더해 전체가 12부라는 뜻이고 「1 : 12」(전체 13부)와는 다릅니다. 실험 기록에는 두 표기가 모두 쓰이므로 사용 전에 확인해야 합니다.
왜 「얼마나 물을 넣는다」가 아니라 「정용」인가
V 2 V_2 V 2 는 희석 후 용액의 전체 부피 입니다. 가장 믿을 만한 방법은 부피 플라스크를 쓰는 것입니다. 원액을 먼저 넣고 눈금선까지 용매를 채운 뒤 흔들어 섞습니다. 그러면 V 2 V_2 V 2 가 플라스크의 표시 용량이 되어 부피의 가산성과 무관해집니다. 「V 2 − V 1 V_2 - V_1 V 2 − V 1 만큼 물을 넣는다」는 부피가 가산적일 때만 같은 말입니다. 묽은 수용액은 거의 가산적이지만 에탄올과 물, 진한 산과 물은 그렇지 않습니다(예시 4의 알코올). 부피 플라스크는 20 °C에서 교정되며(ISO 1042), A급 250 mL 플라스크의 허용차는 ±0.15 mL입니다. 온도가 20 °C에서 10 °C 벗어날 때마다 약 0.2%의 부피 편차가 생깁니다.
단계 희석의 수학
n n n 단계에서 각각 d i d_i d i 배씩 희석하면 총 배수는 곱 ∏ d i \prod d_i ∏ d i 이고, 매 단계 10배면 10 n 10^n 1 0 n 입니다. 오차도 곱셈으로 전파됩니다. 단계마다 1%의 상대 오차가 있으면 세 단계 후 약 3%가 됩니다. 그래서 미생물 계수에서는 서로 다른 희석 계열을 평행으로 두어 상호 검증하는 방법을 자주 씁니다. 단계 희석은 세균학에서 코흐 시대(1880년대)의 고체 배지 계수법으로 확립되었고, 오늘날까지도 콜로니 계수의 표준 전처리로 쓰입니다.
약간의 역사
용량 분석, 즉 농도를 아는 용액으로 다른 용액을 부피로 정량하는 방법은 게이뤼삭이 1824년 무렵 체계화했고, 그가 「피펫(pipette)」과 「뷰렛(burette)」이라는 이름도 붙였습니다. 정확한 피펫과 부피 플라스크가 갖춰지면서 「V 1 V_1 V 1 을 취해 V 2 V_2 V 2 까지 정용한다」가 재현 가능한 조작이 되었고, C 1 V 1 = C 2 V 2 C_1 V_1 = C_2 V_2 C 1 V 1 = C 2 V 2 도 대수적 항등식에서 실험실의 일상 도구가 되었습니다.