소개글
"PH미터"에 대한 내용입니다.
목차
1. pH 미터의 원리 및 사용법
1.1. pH의 정의
1.2. pH 측정 원리
1.3. pH 미터의 구성
1.4. pH 미터 교정 과정
2. pH 측정 실험
2.1. pH 미터를 이용한 산용액 pH 측정
2.2. 약산의 이온화 상수(Ka) 구하기
3. 약산의 이온화 상수 결정
3.1. 약산의 이온화 평형과 Ka값
3.2. 다양성자 산의 이온화 상수
3.3. 약산 적정 그래프 분석
4. 실험 결과 및 고찰
4.1. 강산 적정 실험 결과
4.2. 약산 적정 실험 결과
4.3. 오차 원인 분석
5. 참고 문헌
본문내용
1. pH 미터의 원리 및 사용법
1.1. pH의 정의
pH는 수용액의 산성도를 나타내는 척도로, 수용액 속 수소이온 농도의 역수에 상용로그를 취한 값을 의미한다. 즉, pH는 수소이온 농도의 지수 형태로 표현된다. 이렇게 pH를 사용하는 이유는 수용액 속 수소이온 농도가 매우 작은 값을 갖는 경우가 많아 다루기 어렵기 때문이다. 따라서 pH라는 지수를 도입하여 간단한 숫자로 용액의 산성도를 나타낼 수 있게 된 것이다.
pH는 다음과 같은 식으로 정의된다:
pH = -log[H+]
여기서 [H+]는 수용액 속 수소이온의 몰 농도를 나타낸다. 이 식에 따르면 [H+]가 작을수록 pH 값이 크고, [H+]가 클수록 pH 값이 작아진다. 즉, pH가 7보다 작은 용액은 산성, pH가 7보다 큰 용액은 염기성을 나타낸다. 순수한 물의 pH는 7로 중성을 나타낸다.
1.2. pH 측정 원리
pH 측정 원리는 다음과 같다.
용액의 산성도는 수소 이온 농도(H+)로 나타낼 수 있는데, 수소 이온 농도의 범위가 매우 넓어 다루기가 불편하다. 따라서 pH라는 개념을 도입하여 수소 이온 농도의 역수에 상용 로그를 취한 값으로 정의한다. 즉, pH = -log[H+]이다. 이를 통해 수소 이온 농도가 낮은 용액도 간단한 숫자로 표현할 수 있다.
pH 측정은 전기화학적 방법으로 이루어진다. pH 미터에는 지시전극과 기준전극이 사용되는데, 지시전극에서 발생하는 전위차가 수소 이온 농도에 비례한다. 지시전극으로는 유리전극이 일반적으로 사용되며, 기준전극으로는 포화 칼로멜 전극(SCE)이 사용된다.
지시전극과 기준전극 사이에 발생하는 전위차 V는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
V = L + (RT/F) ln a_H+
여기서 L은 상수, R은 기체 상수, T는 절대 온도, F는 Faraday 상수, a_H+는 수소 이온의 활동도이다. 이 전위차 V를 측정하여 pH를 계산할 수 있다.
따라서 pH 미터는 지시전극과 기준전극 사이의 전위차를 측정하여 수소 이온 농도를 간접적으로 나타내는 방식으로 작동한다.
1.3. pH 미터의 구성
pH 미터의 구성은 다음과 같다. pH 미터는 전기적 pH 측정 장치로서, 측정하고자 하는 용액 내의 수소이온 활동도(a_H+)를 측정한다. pH 미터의 주요 구성 요소는 유리 전극과 기준 전극으로 이루어져 있다.
유리 전극은 용액 내의 수소 이온에 선택적으로 반응하는 막으로 이루어져 있다. 용액 내 수소 이온 농도가 변화하면 유리 막 내부와 외부의 수소 이온 농도 차이로 인해 전위차가 발생하게 된다. 이 전위차가 pH 측정의 기반이 된다.
기준 전극은 일정한 전위를 유지하는 전극으로, 대표적으로 포화 칼로멜 전극(SCE)이 사용된다. 이 기준 전극과 유리 전극 사이의 전위차를 측정하여 pH를 계산할 수 있다.
이 두 전극은 직렬로 연결되어 전체 셀을 구성한다. 측정 시 용액 내에 담그면 유리 전극과 기준 전극 사이에 전위차가 발생하게 되고, 이 전위차가 pH 미터로 입력되어 pH 값으로 표시된다.
따라서 pH 미터의 구성은 유리 전극, 기준 전극, 그리고 이들 전극 사이의 전위차를 측정하는 전압계로 이루어져 있다고 할 수 있다.
1.4. pH 미터 교정 과정
pH 미터 교정 과정은 정확한 pH 측정을 위해 매우 중요하다. pH 미터기를 사용하기 전에 반드시 교정 과정을 거쳐야 한다.
pH 미터기의 교정 과정은 다음과 같다. 먼저 전극을 탈이온수로 씻고 물기를 제거한다. 그 다음 pH 4, pH 7, pH 10의 표준 완충용액을 이용하여 단계적으로 교정을 진행한다. 우선 pH 4 완충용액에 전극을 담그고 온도를 일치시킨다....
참고 자료
Douglas A Skoog외 3인, “스쿠그의 분석화학강의 (9판)”, 사이플러스 (2019).
오승모, “전기화학 (3판)”, 자유아카데미 (2019).
최재성 외 3인, “최신 분석화학”, 동화기술교역 (2000).
Peter Atkins, (2019) Atkins' Physical Chemistry, 10th Edition, Oxford University Press
McCabe L. Warren, (2017) McCabe의 단위조작, 7th Edition, McGraw Hill Education,
Smith, Janice Gorzynski, (2016) Organic Chemistry, 5th Edition, McGraw-Hill Education
[네이버 지식백과] pH (두산백과 두피디아, 두산백과)
[네이버 지식백과] 산 해리 상수 [acid dissociation constant, 酸解離常數] (두산백과 두피디아, 두산백과)
