분석화학실험 A+ ( 예비 레포트 ) 과망간산 포타슘을 이용한 화학적 산소 요구량 측정

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문서 내 토픽

• 1. 화학적 산소 요구량 (COD)

  수중 생물들은 물에 녹아 있는 산소로 호흡하며 살아간다. 하수나 폐수에 포함된 유기물이 미생물에 의해 분해될 때 물 속의 산소를 소비하게 되는데, 유기물의 양이 많을수록 물 속의 용존 산소량이 줄어든다. COD는 물의 오염도를 간접적으로 나타내는 지표로서, 물 속에 있는 유기물과 아질산염이나 황화물 같은 환원성 무기물을 강력한 산화제를 사용하여 화학적으로 산화시킬 때 소모되는 산소의 양을 ppm(mg/L)으로 나타낸 값이다. 물의 오염도가 높을수록 유기물의 양이 증가하기 때문에 산화에 필요한 산화제의 양이 늘어나게 되고 높은 COD 값을 보인다.

• 2. 산화-환원 적정과 역적정

  산화-환원 적정은 분석 시료와 적정시약 사이의 산화-환원 반응을 이용하여 미지 시료의 농도를 결정하는 부피 분석법이다. 역적정은 일정 과량의 표준 시약을 미지 시료에 넣은 후, 미지 시료와 반응하고 남아 있는 여분의 표준 시약을 다른 표준 시약으로 적정하여 원래의 미지 시료의 농도를 알아내는 방법이다.

• 3. COD 측정 원리

  이 실험에서 COD 측정을 위해 먼저 시료를 황산 용액을 이용하여 산성 조건으로 만든다. 산성 조건에서 MnO4-은 시료에 있는 유기물과 환원성 무기물을 산화시키면서 Mn2+이온이 된다. 과량으로 투입한 MnO4- 중 시료와 반응하지 않고 남은 양은 과량의 옥살산 소듐으로 분해시킨다. 최종적으로 남은 C2O4- 이온을 표준 KMnO4 용액으로 역적정하여 시료에 포함된 유기물과 환원성 무기물과 반응한 MnO4- 이온의 양을 구한다.

• 4. COD 값 계산

  COD 값은 실험에 사용한 시료의 양과 산화-환원 적정에 소비된 KMnO4 용액의 양으로부터 아래의 식을 이용하여 구한다. COD(mg/L) = (b-a) x f x 1000/V x 0.2 (a: 바탕 적정에 소비된 KMnO4 용액(0.005M)의 양(mL), b: 시료의 적정에 소비된 KMnO4 용액(0.005M)의 양(mL), f: KMnO4 용액(0.005M) 농도 계수(factor), V: 시료의 양(mL))

• 5. 실험 절차

  1. 적당량의 시료를 300mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 증류수를 첨가하여 전체 부피가 100mL가 되도록 한다. 2. 시료에 희석 H2SO4 용액 10mL를 넣고 Ag2SO4 분말 약 1g을 넣어 세게 흔든 후, 상층액이 투명해질 때까지 5분 정도 방치한다. 3. KMnO4 용액(0.005M) 10mL를 정확히 넣고 둥근 바닥 플라스크에 환류 냉각관을 연결하여 냉각수를 흘려주면서, 중탕조의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 100℃에서 30분간 가열한다. 4. Na2C2O4(0.0125M) 10mL를 정확하게 넣은 후 60~80℃로 가열한다. 5. 시료 용액의 온도를 60~80℃로 유지하면서 KMnO4 용액(0.005M)을 사용하여 용액의 색깔이 엷은 붉은색을 나타낼 때 까지 적정한다.

• 6. 농도 계수 결정

  1. 증류수 100mL를 삼각 플라스크에 넣고, 희석 H2SO4 용액 10mL와 Na2C2O4(0.0125M) 10mL를 첨가한 후 60~80℃로 유지하면서 KMnO4 용액(0.005M)을 사용하여 용액의 색깔이 엷은 붉은색을 나타낼 때 까지 적정한다. 2. 농도 계수(f)는 아래의 식으로 구한다. 농도 계수(f) = 10/X [X: 적정량(mL)]

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 화학적 산소 요구량 (COD)

  화학적 산소 요구량(COD)은 수중에 존재하는 유기물질이 산화되는 데 필요한 산소량을 나타내는 지표입니다. COD 측정은 수질 관리와 폐수 처리 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다. COD 값이 높다는 것은 수중에 많은 유기물질이 존재한다는 것을 의미하며, 이는 수질 오염의 지표가 됩니다. COD 측정은 수질 관리와 폐수 처리 효율을 평가하는 데 필수적인 정보를 제공합니다. 따라서 COD 측정 기술의 정확성과 신뢰성을 높이는 것이 중요합니다.

• 2. 산화-환원 적정과 역적정

  산화-환원 적정은 수용액 내 산화제와 환원제의 양을 정량적으로 측정하는 기술입니다. 이 기술은 COD 측정에 널리 사용됩니다. 산화-환원 적정에는 정적정과 역적정이 있는데, 각각의 장단점이 있습니다. 정적정은 시료에 산화제를 가하고 그 양을 측정하는 방식이며, 역적정은 시료에 과량의 산화제를 가하고 남은 양을 측정하는 방식입니다. 정적정은 시료 준비가 간단하지만 종말점 판단이 어려울 수 있고, 역적정은 종말점 판단이 쉽지만 시료 준비가 복잡합니다. 이러한 장단점을 고려하여 실험 목적과 시료 특성에 맞는 적정 방법을 선택해야 합니다.

• 3. COD 측정 원리

  COD 측정의 기본 원리는 수중의 유기물질을 강력한 산화제로 산화시켜 소모되는 산소량을 측정하는 것입니다. 일반적으로 강력한 산화제인 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)을 사용하며, 이 과정에서 유기물질이 이산화탄소와 물로 완전 산화됩니다. 이때 소모된 산소량은 중크롬산칼륨의 농도 변화로 측정할 수 있습니다. COD 측정 원리는 간단하지만 정확한 결과를 얻기 위해서는 시료 전처리, 적정 조건 설정, 농도 계수 결정 등 다양한 요인을 고려해야 합니다. 따라서 COD 측정 기술의 정확성과 신뢰성을 높이기 위한 지속적인 연구가 필요합니다.

• 4. COD 값 계산

  COD 값 계산은 COD 측정 과정에서 매우 중요한 단계입니다. COD 값은 중크롬산칼륨의 농도 변화를 통해 계산되며, 이때 농도 계수가 중요한 역할을 합니다. 농도 계수는 중크롬산칼륨의 산화력과 유기물질의 산화 특성을 반영하는 값으로, 정확한 농도 계수 결정이 COD 값 계산의 정확성을 좌우합니다. 따라서 실험 조건, 시료 특성, 유기물질 종류 등을 고려하여 적절한 농도 계수를 선택해야 합니다. 또한 COD 값 계산 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하기 위해 통계적 분석 기법 등을 활용할 필요가 있습니다.

• 5. 실험 절차

  COD 측정을 위한 실험 절차는 매우 중요합니다. 정확한 COD 값을 얻기 위해서는 시료 채취, 전처리, 적정 과정, 농도 계수 결정 등 각 단계에서 주의 깊게 수행해야 합니다. 시료 채취 시 오염 방지와 대표성 확보가 필요하며, 전처리 과정에서는 유기물질의 손실을 최소화해야 합니다. 적정 과정에서는 종말점 판단, 적정 속도, 온도 등을 고려해야 하며, 농도 계수 결정 시에는 실험 조건과 시료 특성을 반영해야 합니다. 이러한 실험 절차를 체계적으로 수행하고 관리하는 것이 COD 측정의 정확성과 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다.

• 6. 농도 계수 결정

  COD 측정에서 농도 계수는 매우 중요한 요소입니다. 농도 계수는 중크롬산칼륨의 산화력과 유기물질의 산화 특성을 반영하는 값으로, COD 값 계산에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 정확한 농도 계수 결정은 COD 측정의 정확성과 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다. 농도 계수 결정 시에는 실험 조건, 시료 특성, 유기물질 종류 등을 고려해야 합니다. 또한 통계적 분석 기법을 활용하여 농도 계수의 불확도를 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 통해 COD 측정의 정확성과 신뢰성을 높일 수 있으며, 수질 관리와 폐수 처리 분야에서 더욱 유용한 정보를 제공할 수 있을 것입니다.