분석화학 적정 #26

적정은 실험을 통해서 접해봤고, 적정에 다양한 종류가 있다.

산-염기 적정, 침전적정, 착물적정, 산화-환원 적정이 있습니다.

 

4가지 공통점은 적정에 이용하는 반응의 평형상수가 크다.

침전, 착물, 산 염기, 산화 환원 반응 평형상수가 큰 반응을 적정해야 분석 물질을 적정을 통해 완전히 반응 시킬 수 있다.

 

완전 반응시킬 때까지 적정용액의 양을 계산하고 그 값을 통해 반대로 미지 시료의 양을 알아낼 수 있다.

정의: 분석 물질이 정확하게 반응하여 완전히 소비되는 것으로 판단될 때까지 표준화된 시약의 양을 분석 물질에 첨가한다.

적정 용액을 떨어뜨려서 미지 물질과 완전히 반응이 끝났다고 판단될 때까지 떨어뜨리고, 완전히 반응이 끝난 지점에서 첨가를 멈추고 그때까지 들어간 표준용액의 부피를 측정해서 미지 물질의 양을 역으로 계산해서 정량하는 것이다.

분석물질대상과 표준물질을 반응을 잘 해야 한다. 정반응의 평형상수가 매우 커야 한다 적어도 10의 5승 이상!~ 되어야 분석물질을 완전히 소비할 수 있다. 이 평형상수가 작으면 반대로 가는 방응도 활발히 이루어지기 때문 분석 물질이 완전히 소비될 수 없다.

완전히라는 것은 때에 따라 다르지만 99.9999%이상? 반응하기 위해 정반응의 평형상수가 커야 한다.

표준물질을 미지 물질에 투입해서 생성물을 만드는 것이 적정 반응이다.

분석물질을 보다 완전히 소모시키고, 보다 정확히 정량하기 위해 적정반응의 평형상수는 매우 커야 한다.

정량 위해 적정 왜 하고, 적정의 기본 원리는 뭐고, 적정을 통해서 어떻게 정량하는지 이해해야 한다.

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화성에 있는 토양에 이온 성분을 위해 적정반응을 이용한 예이다.

황산 이온을 바륨 이온을 통해 적정했다. (침전 반응이고, 평형 상수가 커서 완전히 반응한다. )

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적정도 여러 종류가 있는데 분석화학에서는 부피 분석에 관한 적정을 한다.

분석물질의 농도를 모를 때 알아내는 방법으로 활용하는 게 부피 분석에 기원한 적정이다.

titration, titrant, titrate (ate는 수동적인, substrate: 치환당하는거 titrate: 적정당하는 용액 )

적정: 적정용액을 분석물질이 다 소모될 때까지 넣어준다.

반응 완결 지점은 지시약, pH미터 등 다양한 방법으로 알 수 있다.

그림과 같이 뷰렛에 적정용액에 넣고, 밑 플라스크에는 분석용액을 넣고 반응을 원활히 하기 위해서는 분석 용액을 저어주는 마그네틱바가 필요.

그래야 반응이 빨리일어난다. 왜 반응속도가 빨라야하냐면 분석물질이 완전히 반응되는 그 순간을 잘 찾아야 한다.

그 순간 넘어가거나 그전은 안되고 끝난 점을 잘 찾아야 한다. 반응속도가 느리면 예상 값을 넣어도 반응이 다 완결되지 않아 종말점을 못 찾아서 적정용액을 더 넣을 수 있어서 이론값 보다 많이 들어간 가양성 결과를 줄 수 있다. 꼭 스터링 바와 스터러(교반기)를 설치해서 반응을 빨리 시켜준다.

당량점은 이론! 종말점은 실험!으로 분석 물질이 완전히 반응한 지점! 오차 있는 게 종말, 오차 없으면 당량!

실험에서 종말점을 찾는다는 것은 반응 물질이 완전히 반응한 지점으로 집어넣어 준 표준물질의 부피로 종말점을 얘기하고,

표준 물질의 부피는 농도를 알고 있으므로 표준물질의 양(mol)을 얘기할 수 있고, 그것이 이론적으로 존재하는 분석물질의 양과 직접 관련 있기 때문에 종말점과 당량점을 이해할 수 있다.

종말, 당량점은 분석물질의 양을 이야기하는 것이 아니라 분석물질이 완전히 반응하는데 들어간 표준물질(적정용액)의 양(부피)을 이야기한다.

종말점은 분석 물질이 완전히 반응하는 점을 예측하는 것인데, 종말점에서는 용액의 물리, 화학적인 성질이 바뀌어야 한다.

그러지 않으면 종말점 찾기 어렵다. 찾는 데는 지시약 혹은 pH 등을 사용한다.

우연히 종말점=당량점 있지만 통계적 의미 없다. 진짜 우연일 뿐! 적정오차에는 계통오차, 우연오차가 다 포함된다.

계통오차가 있는 경우에는 우연히 같을 수 없다... 반드시 달라야 한다. 우연오차만 있을 경우 우연히 같을 수 있다. 우연오차는 우연히 존재할 수 있고 우연히 존재 안 할 수 있으므로 우연히 같을 수 있다. 적정 오차(계통오차! 우연오차는 없앨 수 없으므로)를 없애기 위해 노력해야 한다.

 

부피 적정에도 몇 가지 종류가 있다.

직접적정은 위 내용이 해당된다.

역적정은 적정용액을 반응 완결 이후 과량 넣고, 과량 적정(표준)용액과 반응하는 제2의 표준 용액으로 적정해서 과량으로 들어간 적정(표준)용액의 양을 구해서 처음 적정의 양에서 빼준다.

적정에 있어 처음으로 가장 중요한 절차는 표준용액(적정용액)을 만드는 것이다.

적정용액은 반드시 표준 용액이어야 한다. 가장 좋은 것은 일차표준 물질을 사용하는 것이다.

일차 표준 물질이 분석물질과 반응 안 하면 무 쓸모...ㅠㅠ

일차 표준 물질이 아닌경우 표준화를 시켜서 농도를 정확히 알고 있어야 한다.

표준 용액이란 것은 그 자체로 표준용액을 사서 쓸 수 있고, 일차 표준 물질로 표준화된 용액으로 사용할 수 있다.

(표준 용액 = 표준화된 용액은 엄밀하게 얘기하면 좀 다르지만... 우리가 쓰는데 문제없다.)

분석 결과 정확성은 적정용액 농도가 얼마인지 아는 데 달려있다 = 분석 결과의 유효성(정확도)은 궁극적으로 기본 표준의 구성을 파악하는 데 달려있다.

일차 표준 물질은 그 자체로 적정 용액으로 사용될 수 있고 아닐 수도 있다.

표준화 시키는데 쓰든지, 바로 적정 용액으로 쓰이든지 모두 엄격한 조건을 만족해야 한다. (위 슬라이드에 있다.)

( 자연상태(일상 온도, 습도 등) 보관 시 분해되면 폐기... 실험하는 기간 1주일, 한 달 정도는 완전히 안전하게 보관되어야 한다.

일차 표준 물질을 보다 정확하게 활용하기 위해 전처리 하기도 한다. 그때 진공,가열 가할 때 안정해야 한다. 진공 시 승화로 날라가 없어질 수 있고, 가열시 분해될 수 있다. 화학량론(몰수비)이 알려져야 한다.)

표준화 과정도 적정 반응이다.

소변의 칼슘에 염기 용액을 가해서 옥살산 이온과 반응시켜 옥살산 칼슘 침전을 만든다. 평형상수가 매우 커서 침전이 거의 100% 된다.

옥살산 칼슘은 일차 표준물질이 아니라서 표준화 필요하다. 옥살산 소듐은 물에 잘 녹고 옥살산 칼슘은 물에 잘 안 녹는다.

일차 표준 물질인 과망가니즈산 용액으로 옥살산 소듐을 표준화 시킨다.

문제에서 250.mL 부피 플라스크에 녹아 있다고 가정하면 부피도 250.0mL라고 가정한다.

10mL를 몰수는 몰농도 x 부피 = 0.10633 나온다. C2O42- 와MnO4-는 반응을 알아야 하는데 7.1을 참고 하여 5:2 비율을 알았다.

0.042531 처럼 뒤에 1을 남겨두는 것은 계산에 의해서 생긴 오류를 최소화시키는 것이고 유효숫자는 3까지다.

MnO4- 의 몰농도는 몰수/부피 하여 구한다. 최종적으로는 옥살산 소듐 이온을 구해야 하는데 MnO4-와 1:1 반응이니 MnO4-와 몰수가 같다.

이론적으로 이미 옥살산 소듐 농도를 알고 있는 상태로 계산하라는 것이고, 실제 적정에 들어간 48.36 mL의 과망가니즈산으로 거꾸로 옥살산 소듐을 알아내는 과정이 표준화이다. 표준화 과정에서 농도 계산하는 절차를 알아야 한다.

실제 표준화 위해서는 어떤 절차가 필요하고 실험적으로 어떤 계산이 필요한지 정리해봐~

옥살산 소듐의 양을 안다면 칼슘의 양을 알 수 있다. 옥살산 이온의 양은 과망가니즈산 용액으로 거꾸로 구할 수 있고,

우리는 이미 알고 있지만 처음에 몰랐던 것처럼 하고 있다. 옥살산 이온과 칼슘이 반응비도 알 수 있다.

그럼 칼슘의 양을 쉽게 구할 수 있다. 1:1 반응이면 바로 옥살산 이온 몰과 같고 비율이 달라지면 몰 값도 달라진다.

★ 칼슘의 양을 적정을 통해 알 수 있다. 표준화 과정에서의 계산, 본 적정에서 미지 물질인 칼슘 이온 양을 어떤 계산을 통해 알 수 있는지, 실험 과정을 생각하고 실험 과정 중 있을 수 있는 계산을 같이 연결해 이해하도록!