안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
비휘발성 용질을 녹인 묽은 용액에서 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림 현상이 용질의 종류와 상관없이 오직 입자 수에만 비례하는 성질을 총괄성이라고 합니다. 이 현상은 용질과 용매 사이의 특정한 화학적 끌림보다는, 용액 내부의 무질서도 변화와 통계적 확률이라는 열역학적 원리에 의해 결정됩니다.
모든 총괄성은 증기압 내림에서 출발하는데, 용질 입자가 표면을 일부 차단하고 용액의 엔트로피를 높이면, 용매 분자가 기체로 빠져나가려는 경향이 줄어들어 증기압이 떨어집니다. 끓는점은 증기압이 대기압과 같아지는 온도이므로, 낮아진 증기압을 대기압까지 올리기 위해서는 순수 용매보다 더 높은 온도가 필요해집니다. 반대로 어는점은 고체와 액체의 증기압이 같아지는 온도인데, 얼음이 될 때는 순수 용매 분자만 결정을 형성해야 하는데, 용액은 이미 엔트로피가 높아 열역학적으로 매우 안정된 상태입니다. 이 무질서하고 안정된 상태를 깨고 규칙적인 고체 결정으로 바꾸려면 온도를 순수 용매보다 더 낮추어 열에너지를 빼앗아야 합니다.
결국 묽은 용액에서는 용질의 고유 성질보다 표면을 막고 엔트로피를 결정하는 '입자의 상대적 개수'가 물리적 상태 변화를 지배합니다. 따라서 용질의 종류와 상관없이 용액 속 입자 수에 의해서만 끓는점이 올라가고 어는점이 낮아집니다.