부피분율

1. 개요

부피분율은 특정 용질의 농도를 부피로 측정한 것으로, 용액에서 사용된다. 혼합물의 부피를 기준으로 용질의 부피를 백분율로 나타낸 무차원량이며, 질량 분율, 몰 분율과 함께 혼합물의 조성을 표현하는 방법 중 하나이다. 액체 또는 기체와 같이 두 유체를 혼합하여 용액을 만들 때 주로 사용되며, 에탄올과 물의 혼합과 같이 혼합 과정에서 부피가 감소하는 경우도 있다. 부피 분율은 질량 분율과 관련이 있으며, 밀도를 이용하여 상호 변환이 가능하다.

2. 부피 농도 및 부피 백분율

부피 백분율은 특정 용질의 농도를 부피로 측정한 것으로, 용액에서 측정된다. 농도 표현에서 흔히 사용되는 것처럼 혼합물 자체의 부피를 분모로 사용하며, 혼합 전 개별 구성 요소의 총 부피를 사용하지 않는다.

:$\backslash text\{부피\; 백분율\}\; =\; \backslash frac\backslash text\{용질의\; 부피\}\backslash text\{용액의\; 부피\}\; \backslash times\; 100\%\; =\; \backslash text\{부피\; 농도\}\; \backslash times\; 100\%$

부피 백분율은 일반적으로 용액이 두 유체를 혼합하여 만들어질 때 사용되며, 예를 들어 액체 또는 기체가 있다. 그러나 백분율은 이상 기체에 대해서만 가산성을 가진다.

부피 백분율 (vol%, % v/v)은 무차원량으로 혼합물의 조성을 표현하는 한 가지 방법이며, 질량 분율 (중량 백분율, wt%) 및 몰 분율 (몰 백분율, mol%)도 다른 방법이다.

에탄올과 물의 혼합의 경우, 모든 비율로 혼합 가능하며, 용매와 용질의 지정은 임의적이다. 이러한 혼합물의 부피는 구성 요소 부피의 합보다 약간 적다. 따라서 위의 정의에 따르면 "부피로 40% 알코올"이라는 용어는 에탄올 40부피 단위와 총 100부피 단위를 만들기 위해 충분한 양의 물의 혼합물을 의미하며, 에탄올 40단위와 물 60단위의 혼합물을 의미하지 않는다. "충분한 물"은 실제로 60부피 단위보다 약간 더 많은데, 물-에탄올 혼합물은 분자 간 인력으로 인해 부피가 감소하기 때문이다.

3. 질량 분율과의 관계

부피분율은 질량 분율과 관련이 있다. 질량 분율 $Y\_i$는 혼합물 전체 질량($m\_\{tot\}$)에 대한 특정 성분 $i$의 질량($m\_i$) 비율로 다음과 같이 정의된다.

:$Y\_i\; \backslash equiv\backslash frac\; \{m\_i\}\{\backslash sum\_j\; m\_j\}\; =\; \backslash frac\; \{m\_i\}\{m\_\{tot\}\}$


부피분율($\backslash varphi\_i$)과 질량 분율($Y\_i$) 사이에는 다음 관계식이 성립한다.

:$Y\_i\; =\; \backslash frac\; \{\backslash rho\_i\; \backslash varphi\_i\}\{\backslash rho\_m\}$

여기서 $\backslash rho\_i$는 성분 $i$의 밀도($\backslash rho\_i\; \backslash equiv\; \{\backslash frac\; \{m\_\{i\}\}\{V\_\{i\}\}\}$)이고, $\backslash rho\_m$는 혼합물의 평균 밀도($\backslash rho\_m\backslash equiv\backslash sum\_j\{\backslash rho\_j\; \backslash varphi\_j\}$)이다.