본문내용
1. 표준용액 제조
1.1. 당량과 노르말 농도
당량은 화학반응의 성질에 따라 정해진 원소 혹은 화합물의 일정량을 의미하며, 원소의 당량, 산과 염기의 당량, 산화 환원의 당량으로 구분된다. 화학반응에서 반응물질이 정량적으로 반응하였을 때 각 반응물질의 양적비는 항상 일정하며 이때 반응물질은 화학적으로 '서로 당량하다'고 표현한다. 어떤 물질 1분자가 반응에 참여하는 수소 n원자를 갖거나 산소 n/2 원자와 당량인 경우 당량수는 n이다.
노르말 농도는 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 g당량수를 의미한다. 여기에서 g당량은 (용질 질량)/(1그램 당량)이고 1그램 당량은 (분자량)/(당량수)로 구한다. 노르말 농도는 규정농도나 당량농도라고도 부르며, N으로 표기하고 산화환원 반응 및 산알칼리 중화반응 계산에 널리 사용된다. 하지만 같은 물질이라도 참여하는 화학반응에 따라 g당량수가 달라지는 경우가 있으므로 농도의 표시법으로는 모호하다는 특징이 있다. 예를 들어 과망가니즈산칼륨을 산성용액 속에서 환원제로 반응시키면 망가니즈가 7가에서 2가의 상태로까지 환원되므로, 과망가니즈산칼륨 식량의 1/5이 1L 속에 포함되는 용액을 1노르말농도로 한다. 그러나 중성에서 반응시키는 경우에는 망가니즈가 7가에서 4가의 상태로 환원된다. 따라서 1L 속에 식량의 1/3을 함유하는 용액이 1노르말농도가 된다.
1.2. 표정
표정은 용액의 농도를 확정하는 것이며 1차 표정과 2차 표정으로 나눌 수 있다. 1차 표정 시에는 순수한 물질인 1차 표준물질을 이용한다. 1차 표준물질은 정제하기 쉬워야 하며 CO2 흡수, 흡착, 풍화, 공기 산화 등의 주변 환경 영향을 받지 않아 장기간 보관에도 변질되지 않아야 한다. 또한 반응이 정량적으로 진행되어야 하며 당량중량이 커서 상대적인 오차를 감소시킬 수 있어야 한다. 1차 표준물질로 이용되는 물질들에는 탄산수소칼륨, 탄산나트륨, 염화나트륨, 삼산화비소, 중크롬산칼륨, 옥살산나트륨 등이 있다. 2차 표정 시에는 농도가 정확한 표준용액을 사용한다. 표정을 통해 용액이 잘 만들어졌는지 확인하기 위해서는 규정도계수를 이용한다. 실험자가 용액 제조 시에 정확하게 만들기 위해 아무리 노력하더라도 제조된 용액의 노르말 농도와 목표로 했던 노르말 농도가 일치하기란 쉽지 않다. 이때 실제농도(N)을 소정농도(N0)로 나눈 수치를 해당 용액의 규정도 계수 또는 factor(f)이라고 부르며 제조된 용액의 농도 점검에 이용한다. F가 1에 가까울수록 용액의 농도가 목표농도와 가깝다. 그에 반해 F값이 1과 많은 차이가 난다면 만들어진 용액의 농도와 목표농도 간에 차이가 크다는 뜻이다. F값이 1보다 크면 용질이 정량보다 많이 들어갔음을, 1보다 작으면 용질이 정량보다 적게 들어갔음을 의미한다. F = N/N0 = V/V0이다. ""
1.3. 시약
1.3.1. HCl
HCl은 상온에서 자극적인 냄새가 나는 무색 기체로, 녹는점은 -114 ℃, 끓는점은 -85 ℃이다. 물, 알코올, 에테르, 벤젠에 잘 녹으며 수용액은 염산이라고 부른다. 공업적으로는 염소와 수소를 반응시켜 만들며, 각종 탄화수소를 염소화할 때 부산물로도 얻고 있다. 실험실에서는 진한 황산에 진한 염산을 떨어뜨려 발생시키거나 식염과 진한 황산을 반응시켜서 만든다. 무수물은 염화 비닐의 원료 등으로 사용되나, 주로 염산으로 사용된다.
1.3.2. NaOH
NaOH는 대표적인 강염기다. 가성소다라고도 불리며 상온에서는 윤기나는 흰색의 결정이다. 물, 에탄올, 글리세롤에 쉽게 녹으며 에테르, 아세톤, 액체 암모니아에 녹지 않는다. 공기 중에서 수분 및 이산화탄소를 흡수하여 탄산염을 생성하는 특징을 갖고 있다. 열에 매우 안정되며 강열하여도 물과 산화물로 분해되지 않는다.
화학 공업 전반에 걸쳐 사용되며 실험실에서는 분석 시약, 건조제, 이산화탄소 흡수제로 사용된다. 피부에 접촉하였을 시에는 물로 씻어도 쉽게 없어지지 않기에 5~10%의 황산마그네슘 용액으로 씻으면 도움이 된다. 눈에 들어간 경우에는 다량의 붕산수로 씻어야 한다. 또한 NaOH는 공기 중에서 이산화탄소를 흡수하여 쉽게 탄산염을 형성하므로, 정확한 농도의 용액을 만들기 위해서는 작은 비커를 사용하여 무게를 측정하고 즉시 부피 플라스크에 옮겨야 한다.
1.3.3. Na2CO3
탄산나트륨(Na2CO3)은 탄산의 나트륨염으로, 소다 또는 탄산소다라고도 불리는 물질이다. 무수물 형태는 백색의 분말로, 흡습성이 강하다. 물에 쉽게 용해되지만 알코올이나 에테르에는 녹지 않는다. 수용액은 알칼리성을 띠며, 염산이나 황산과 같은 강한 산과 반응하면 이산화탄소를 발생한다. 공업적으로는 주로 암모니아-소다법을 통해 제조된다.
유리, 비누, 수산화나트륨, 탄산수소나트륨 등의 제조원료로 사용되며, 알칼리로서 종이, 펄프의 제조, 염료의 유기합성 등 여러 분야에서 사용되는 중요한 물질이다. 특히 화학반응에서 보편적으로 사용되는 약염기이자 완충액의 주요 구성 물질이다. 이러한 다양한 용도와 특성으로 인해 탄산나트륨은 표준용액 제조, 산-염기 적정, 완충용액 제조 등의 실험에서 널리 활용된다.
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