무탄산 0.1 M NaOH 용액의 제조 및 표준화

본 내용은 " Preparation and Standardization of free carbonated 0.1 M NaOH " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.28

문서 내 토픽

• 1. 산-염기 적정 및 표준화

  적정은 알려진 농도의 표준 시약과 분석물 사이의 화학반응을 이용하여 분석물을 정량하는 방법이다. 종말점은 지시약의 색 변화로 관찰되며, 화학량론을 통해 적정 소비량을 계산한다. 표준용액은 이미 농도를 알고 있는 용액으로, 뷰렛을 이용하여 서서히 첨가한다. 당량점과 종말점의 차이는 적정 오차이며, 지시약은 당량점 근처에서 종말점을 관찰할 수 있도록 선택된다. 적정 곡선은 시약 부피와 pH의 관계를 나타낸다.

• 2. 페놀프탈레인 지시약의 원리

  페놀프탈레인은 pH에 따라 색이 변하는 약한 유기산으로, pH 8.3~10.0 범위에서 색 변화를 나타낸다. 산성 조건에서는 무색이고 염기성 조건에서는 분홍색을 띤다. 지시약의 색 변화는 전자가 높은 에너지 준위로 들뜬 후 내려오면서 가시광선을 방출하기 때문이다. 페놀프탈레인은 켤레 구조를 가지고 있으며, pH 조건에 따라 구조가 변하여 퀴노이드형에서 긴 켤레를 형성하여 분홍색을 나타낸다.

• 3. NaOH 표준용액 제조

  0.1 M NaOH 250 mL 용액을 제조하기 위해 필요한 NaOH의 질량을 계산하여 칭량한다. NaOH는 조해성이 있고 이산화탄소를 흡수하여 탄산염을 생성하므로 칭량을 빠르게 수행해야 한다. 유리를 용해시키는 성질이 있으므로 폴리프로필렌 용기에 담아 사용한다. 제조된 표준용액은 폴리프로필렌 시약병에 날짜, 이름, 용액명, 농도를 표시하여 보관한다.

• 4. 포타슘 수소 프탈산(PHP)을 이용한 표준화

  PHP는 1차 표준물질로 사용되는 순수한 화합물이다. 0.1 g의 PHP를 칭량하여 300 mL 삼각플라스크에 넣고 페놀프탈레인 지시약을 3방울 첨가한다. 자기 교반봉과 전극을 넣고 뷰렛으로 0.1 M NaOH를 적가하여 pH가 급변하는 지점을 종말점으로 결정한다. 지시약법과 전위차법을 통해 종말점을 확인하고 화학량론을 이용하여 NaOH의 몰농도를 계산한다.

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• 1. 산-염기 적정 및 표준화

  산-염기 적정은 분석화학에서 가장 기본적이면서도 중요한 정량분석 방법입니다. 이 기법은 미지의 산이나 염기의 농도를 정확하게 결정할 수 있어 실험실에서 광범위하게 활용됩니다. 적정의 정확성은 표준용액의 농도 정확도와 지시약의 선택에 크게 의존합니다. 특히 당량점과 색 변화점이 일치하는 지시약을 선택하는 것이 중요하며, 이를 통해 체계적이고 신뢰할 수 있는 분석 결과를 얻을 수 있습니다. 산-염기 적정은 이론과 실무가 잘 결합된 실험으로, 학생들의 분석능력 향상에 매우 효과적입니다.

• 2. 페놀프탈레인 지시약의 원리

  페놀프탈레인은 산-염기 적정에서 가장 널리 사용되는 지시약으로, 그 색 변화 원리는 분자의 구조 변화에 기반합니다. 산성 환경에서는 무색이지만 염기성 환경에서는 분홍색으로 변하는 특성이 있습니다. 이러한 색 변화는 pH 8.2~10.0 범위에서 일어나므로 약산-강염기 적정에 이상적입니다. 페놀프탈레인의 선택적 색 변화는 당량점 근처에서 명확한 시각적 신호를 제공하여 적정의 정확성을 높입니다. 다만 강산-강염기 적정에는 적합하지 않으므로 상황에 맞는 지시약 선택이 필요합니다.

• 3. NaOH 표준용액 제조

  NaOH 표준용액 제조는 산-염기 적정의 성공을 좌우하는 중요한 단계입니다. NaOH는 공기 중의 이산화탄소와 수분을 쉽게 흡수하므로 정확한 농도의 표준용액을 직접 제조하기 어렵습니다. 따라서 대략적인 농도로 용액을 만든 후 포타슘 수소 프탈산 같은 1차 표준물질로 표준화하는 과정이 필수적입니다. 제조 과정에서 용해열로 인한 온도 변화를 고려하고, 냉각 후 정확한 부피로 조정해야 합니다. 이러한 신중한 절차를 통해 신뢰할 수 있는 표준용액을 얻을 수 있습니다.

• 4. 포타슘 수소 프탈산(PHP)을 이용한 표준화

  포타슘 수소 프탈산(KHP)은 NaOH 표준용액 표준화에 가장 적합한 1차 표준물질입니다. KHP는 높은 순도로 얻을 수 있고, 공기 중에서 안정적이며, 정확한 분자량을 가지고 있어 직접 칭량하여 사용할 수 있습니다. KHP와 NaOH의 반응은 1:1의 명확한 화학량론적 관계를 가지므로 계산이 간단합니다. 표준화 과정에서 여러 번의 반복 적정을 통해 NaOH의 정확한 농도를 결정할 수 있으며, 이는 후속 적정 실험의 신뢰성을 보장합니다. 이러한 방법은 분석화학 교육에서 표준화의 중요성을 효과적으로 보여줍니다.