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1. 서론
1.1. 제산제 중화 실험의 목적
제산제 중화 실험의 목적은 산과 염기의 중화 반응을 이용하여 산이나 염기의 농도를 알아내는 것이다.
산과 염기를 혼합하면 중화반응이 일어나 염과 물이 생성되는데, 이때 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)이 1:1의 몰수비로 반응한다. 따라서 산과 염기의 농도를 알면 중화반응의 양적 관계로부터 분석 용액의 농도를 계산할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 생활 속에서 흔히 사용되는 제산제와 식초의 농도를 측정하고자 한다. 제산제는 위산 분비를 억제하거나 위산을 중화시켜 속쓰림, 소화불량 등을 완화시키는 역할을 하며, 식초는 아세트산을 주성분으로 하는 식품이자 일반적인 산성 용액이다. 이번 실험을 통해 이들 물질의 농도를 정량적으로 분석함으로써 산-염기 반응의 응용 사례를 확인할 수 있을 것이다. 또한 이러한 분석 방법을 통해 산-염기 반응의 개념을 보다 깊이 있게 이해할 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. 산과 염기의 일반적 특성
산과 염기의 일반적 특성은 다음과 같다. 산은 일반적으로 수용액에서 pH가 7보다 낮은 물질로, 수용액에서 이온화하여 수소 이온(H+)을 내놓는 물질이다. 산은 전해질이고 일반적으로 신맛이 나며, 염기와 중화반응을 한다. 또한 수소보다 이온화 경향이 높은 금속과 반응하여 수소 기체(H2)를 발생한다. 강산인 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3)과 약산인 아세트산(CH3COOH), 탄산(H2CO3) 등이 대표적인 예이다. 염기는 일반적으로 수용액에서 pH가 7보다 높은 물질로, 수용액에서 이온화하여 수산화 이온(OH-)을 내거나 수소 이온을 흡수하거나, 전자쌍을 제공하는 물질의 성질을 가진다. 염기는 전해질이고 대체로 쓴맛이 나며, 손에 닿으면 단백질을 녹이는 성질 때문에 미끈거린다. 강염기인 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH), 수산화 칼슘(Ca(OH)2)과 약염기인 암모니아수(NH4OH), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)이 대표적인 예이다. 산과 염기는 상호 보완적인 특성을 가지고 있어 중화반응을 통해 수소 이온과 수산화 이온이 반응하여 물을 생성하고, 산의 음이온과 염기의 양이온이 반응하여 염을 생성한다.
2. 실험 이론
2.1. 적정과 역적정
적정이란 뷰렛을 사용하여 반응이 끝날 때까지 표준 용액을 분석하려는 용액(분석 용액)에 계속해서 가해주는 과정이다. 이때 표준 용액은 농도를 알고 있는 용액을 말하며, 표준 용액을 이용해 반응이 완전히 끝나는 당량점에서 분석 용액의 농도를 알 수 있다. 실험에서 어떠한 신호를 보고 당량점임을 알 수 있는 지점을 종말점이라고 하는데, 이러한 신호는 지시약의 색 변화일 수도 있고, 적정하는 동안 관찰되는 어떤 전기적 성질의 변화일 수도 있다.
역적정이란, 분석 용액에 과량의 표준 용액을 가한 후, 반응하고 남은 표준 용액을 또 다른 표준 용액으로 적정하는 것을 말한다. 적정은 부피분석에 있어서 농도를 알고 있는 한쪽 산 또는 염기 용액의 부피를 사용하여 다른 염기 또는 산을 적정하고, 지시약으로 중화점을 확인해 액성을 알아내는 직접적인 방법인 반면, 역적정은 시료에 일정한 시약을 가하여 반응을 끝낸 뒤, 남아있는 시약을 다른 시약으로 적정하여 시료의 양을 결정하는 간접적인 방법이다. 역적정은 분석물과 표준 용액 사이의 반응 속도가 느리거나, 과량으로 넣어 준 표준 용액과 분석 용액의 반응을 완결시켜야 할 필요가 있을 때 이루어진다. 또한, 표준 용액이 불안정하거나, 역적정의 종말점이 일반 적정의 종말점보다 선명할 때, 산과 염기의 중화나 침전의 생성, 소거 등에서 이용한다.
적정에서는 시료(지시약)와 적정표준액 사이에서 일어나는 화학반응의 특성에 따라 산-염기적정, 침전적정, 착물형성적정, 산화-환원적정 ...
