pH미터에 의한 수소이온농도의 측정

목차

1. 실험 목적
2. 실험 장치 및 시약
3. 실험 방법
4. 결과 및 토의
5. 참고문헌
6. 논의 및 고찰

본문내용

실험 목적
: pH미터로 측정된 미지 수용액의 기전력을 이용하여 수소 이온 농도를 구한다.

이론
: 용액의 산성도는 pH값으로 평가하고, 다음의 식으로 정의된다.
여기서 는 활동도(activity) 또는 유효농도(effective concentration)라 한다. 가상의 이온 한 개가 무한으로 희석된 전해질 안에 있다면 이 이온은 한 개의 능력을 모두 발휘한다. 하지만 전해질의 농도가 증가하여 이온의 농도가 증가하면 이온-이온 상호작용으로 이온 한 개당 능력은 점점 떨어지고 전해질 농도는 이상용액 (ideal solution)의 농도로부터 벗어난다. 이를 반영하여 활동도는 다음 식과 같이 활동도계수(acitivity coefficient, )와 연관된다.

여기서 는 어떤 화학종 j의 농도이다. 이상 전해질 (ideal electrolyte)에서는 이온-이온 상소작용이 없으므로 =1이고, 이 경우 활동도는 농도와 같다. 실제용액의 경우 희석된 전해질에서는 이온-이온 상호작용이 작아 가 1에 가깝지만, 전해질 농도가 증가하면 는 점점 작아진다.

전해질 내 이온-이온 상호작용으로 가 감소하는 현상은 데바이-휘켈 (Debye-Hükel) 이론으로 설명된다. 어떤 양이온 주위에는 정전기적 반발력에 의해 양이온보다는 음이온으로 둘러싸인다. 이 때 음이온들은 다른 주위의 양이온들과도 상호작용을 하므로 부분전하를 띈다. 양이온과 음이온의 전하가 모두 1인 NaCl 전해질의 경우 다음 그림처럼 전기적 중성을 만족하며 양이온 주위에 음이온이 분포하고, 음이온 주위에 양이온이 분포한다. 이러한 영역을 이온 분위기 (ionic atmosphere)라 부른다.

참고 자료

Douglas A Skoog외 3인, “스쿠그의 분석화학강의 (9판)”, 사이플러스 (2019).
오승모, “전기화학 (3판)”, 자유아카데미 (2019).
최재성 외 3인, “최신 분석화학”, 동화기술교역 (2000).