0.1N 염산용액의 표정에 대하여 공부하다가

우.. 오래간만에 블로그에 썰 풀려니까 오금이 저럿저릿 하네요(…) 그래도 이야기 합니다.

 

 

 

전공이 화학관련이거나, 화학을 재미로 하시는 분(은 없겠지만 하여간 있다고 치고)들은 염산이나 황산의 규정노르말액을 만드는 것이 간단하지 않다는 사실을 잘 알고 계실 겁니다. 

보통 실험실에서 사용하는 35%염산 원액은 진짜 35%가 아니라고 하죠.  보통 실험실에서 사용하는 염산이나 황산은 1급시약 입니다. 
1급시약의 순도가 얼마나 되는지는 솔직히 잘 모르겠습니다만(…) 아무래도 95~97%정도 되겠죠…. 

 

어쨌건, 시약이 참으로 순수하지 못한 탓에 순수하지 못한 시약으로 만든 용액 또한 실험에 필요한 정확한 농도를 갖을 수 없게 됩니다.
특히 염산이나 황산등의 고농도의 액체로 만드는 시약의 경우, 그 양을 재어 넣는 것도 일이고, 아주 조금의 오차가 나도 그 값이 튀게 되지요. 

그러한 탓에, 이런 종류의 시약들은 아주 순수한 시약인 표준시약을 이용하여 정확한 농도를 구한 뒤에 사용하게 됩니다. 

이를 가리켜 ‘표정’이라고 하지요.

실제로 실험을 할 때에는 이렇게 시료를 표정하여 실험의 오차를 줄입니다.

 

 

 

그리고,,, 이것은 ‘KSIISO9963-1 - KS표준 수질-알칼리도 측정방법’에 기재되어 있는 0.1N의 염산용액의 표정법 입니다.
(분명히 표정법 자체의 KS표준이 있을거 같은데..-_-;;)

 

뭐,,, 염산 용액의 표정이라고 되어있기는 하지만, 같은 농도의 황산을 사용해도 됩니다.
(실제로 실험할 때도 그렇게 하기도 했고요….)

참고로, 브로모크레졸메틸레드는 지시약 이름입니다. 
그냥 메틸레드 써도 될 것 같은데, 어째서인지 이 표준문서 댑다 불편한 방법으로 이상하게 만들더라구요…-_-;;
변색범위도 메틸레드랑 똑같이 pH 4.3인데..-_-;;

 

어쨋건, 이 표정법을 이용하여 실제 염산의 농도를 구하는 식은 다음과 같습니다.

이 때, m은 탄산나트륨 표준용액(0.025N Na2CO3)을 만드는데 사용한 탄산나트륨의 양(g)이고(탄산나트륨 표준용액은 2.65g의 탄산나트륨 표준시약을 물로 목여 전량을 1리터에 맞춰서 만듭니다.  즉 2.65g),
V1은 표정에 사용한 탄산나트륨 표준용액의 양(mL)
V2는 탄산나트륨 표준용액을 적정하는 데 소모한 염산의 양(mL)
V3는 바탕시험(탄산나트륨 대신 물 25mL사용)에 소모한 염산의 양(mL)입니다.

그냥 편안하게 1.25/(V2-V3)로 하지 않고, 식을 복잡하게 만든 것은, 저 숫자가 어떠한 의미를 갖고 있기 때문이겠죠. 
제가 했던 것은 바로 그것입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

왜 저런 식이 나오는 거지?

 

 

 

실은 이것 때문에, 시험기간에 시험공부는 안하고 이걸 붙들고 있었습니다(….). 

오늘 이야기하고자 하는 것은 바로 그것에 대한 이야기입니다.

 

 

 

먼저, 과연 저 식은 맞는가 하는 식의 검증부터…
이 적정법에 따라 정확히 실험을 하고, 염산의 농도가 정확히 0.1N일 때, 위 식에 따라 소모하게 되는 염산의 양은 12.5mL가 됩니다.

그런데 실제로 실험을 해도 그렇게 될까요?

 

뭐,, 학기도 끝났고, 가난하기까지 한 제가 단순히 궁굼한게 있다고 실험을 할 수는 없는 일인지라
(실제로 어떻게 실험해야 하는지 감도 안잡히고),

간단하게(?) 사고실험을 하기로 했습니다

 

먼저, V3부터 구해보도록 합시다.

일단,, pH는 수소이온의 몰 농도에 로그를 취한 값이였죠?

pH=-log[H+]

 

 

그리고, 증류수의 pH는 7이였습니다.
증류수의 pH가 7이라는 것은 증류수 1리터 안에 수소이온이 10-7mol 있다는 말과 같습니다.

물 1000mL 안에 수소이온이 10-7몰 있으니, 실험에 사용하는 물 100mL 안에는 10-8몰이 들어있을 겁니다.


(이렇게 쓰니까 좀 바보같네..-_-;;)

 

문제는 이 100mL의 증류수에 얼마만큼의 0.1N 의 염산이 들어가야 하냐는 것이지요.

0.1N의 염산 안에 들어있는 수소이온의 양은 1000mL당 0.1몰입니다.
이는 달리 이야기하면 1mL당 0.1*10-3몰 정도 들어있다는 말이 됩니다.

 

자, 이제 삼각플라스크에 물 100mL를 넣고, 0.1M 염산으로 표정을 하고, 이 때 들어가게 된 염산의 부피를 X라고 합시다.

최종적으로 pH가 4.3이 되어야 함으로,

X는 이 식을 풀면 간단하게 나오게 됩니다. 
이 계산에 따르면 X값은 0.05mL가 됩니다.

그리고,, 0.05mL는 보통 액체 한방울 에 해당하는 부피입니다. 
즉, 메틸레드를 가한 증류수 안에 0.1N 염산 한방울만 떨어져도 색이 변한다는 것이지요.  뭐, 실제로도 그렇습니다(…).
pH 4.3이 생각만큼 강하지가 않아요.

 

 

뭐,, 어쨌건 바탕값을 구했으니 탄산나트륨 표준용액 25mL를 물 100mL로 희석하여 표정을 해 봅시다.

탄산나트륨은 염산과 만나면 다음과 같은 화학반응을 일으킵니다.

 

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2

 

즉, 1몰의 탄산나트륨은 2몰의 염산과 반응한다는 것이지요
0.025M 탄산나트륨 표준용액 25mL에는 0.025/40몰. 즉, 0.625*10-3몰의 탄산나트륨이 들어있습니다.
이 탄산나트륨을 모두 중화하기 위해서는 1.25*10-3몰의 산 이온이 필요하게 되죠.

앞서 이야기했듯이 0.1N의 염산 안에는 10-4몰의 염산이 들어있기 때문에

염산이 이 탄산나트륨을 모두 중화하기 위해서는 12.5mL의 0.1N 염산이 염산이 필요하게 됩니다.

그리고, 112.5mL(=100mL + 12.5mL)의 물을 pH 4.3으로 만들기 위해서는 반올림 해서 0.06mL의 염산이 필요하게 됩니다.

따라서, V3는 12.56mL입니다.

 

이렇게 구한 값을 처음에 있던

이 식에 집어 넣게 되면, 값이

0.099920063……………

라고 나옵니다. 
계산을 여러번 끊어서 해서 오차가 난거 같은데,, 그냥 간단하게 0.1이라고 칩시다.  

굉장한 삽질을 한거 같지만, 식이 잘 맞네요(………).

 

 

하지만, 식이 작 맞는가 안 맞는가를 알았다고 해서 위의 식이 왜 나왔는지 알 수는 없는 것이죠.

그럼, 다음에는 이 식에 대한 분석을 해 보겠습니다.

 

먼저, 이 식에서 나온 ‘53.0’이라는 상수는 탄산나트륨의 화학 당량질량 입니다. 
당량질량은 물질이 1g의 수소이온과 완전히 반응하는 질량입니다.

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2

위 반응식에서, 탄산나트륨의 분자량은 106g이고, 106g의 탄산나트륨은 2몰의 염산… 즉 2몰의 수소이온과 반응하게 됩니다.
그리고 수소이온 1몰의 질량은 1g입니다.

즉, 탄산나트륨 53g은 수소이온 1g과 반응하여 이산화탄소와 물을 만들게 됩니다.

 

따라서, 이 식은 다음과 같은 모양으로 바꿀 수도 있습니다.

 

여기서, m/53은 탄산나트륨 m그램의 당량수 인데, ‘m그램의 탄산나트륨이 m/53그램의 수소이온 과 반응한다’라는 의미를 갖고 있습니다.

V1이니 m이니 하는 말이 불편하니 문장으로 바꿔보겠습니다..

 

이 식은,
탄산나트륨 용액을 중화하는데 필요한 산성용액의 양의 비는 실제 산성용액의 농도와 m그램의 탄산나트륨의 당량수의 비와 같다는 의미입니다.

뭔 소리인지 저도 잘 모르겠습니다만(….).    뭐, 그렇다고 합니다.
………제가 유도한거 맞는데,, 뭔 소리인지 모르겠습니다.

 

 

거의 다 온거 같은데,, 더 이상을 못나가요(………).
뭘 모르는지 알면 속 시원하게 물어보기라도 할텐데, 뭘 모르는지도 모르겠고, 저기서 어떻게 나가서 설명을 해야 할지 모르겠습니다..-_-;;

 

 

분명 여기서 더 못 나가는건 지식이 없어서가 아니라 그냥 병신이라서 그런게 맞는거 같은데..-_-;;;

누가 좀 설명좀 해주세요(…….)

 

 

덧> 처음에는 공부하다가 이해한걸 포스팅할 생각이였는데, 글로 쓰다보니까 이해를 못한걸 발견orz……


덧글

  • 크릉 2011/12/11 18:07 #

    ... 공식도 있었네요.. 그냥 그런가부다 했는데 ㅡㅡ;;;
  • 아카사 2011/12/13 11:59 #

    공식 없음 못 구하지 않나요?
  • 크릉 2011/12/13 19:55 #

    애초에 안구하고 살았습니다(.....)
  • 아카사 2011/12/13 23:56 #

    (...........)
  • R 2011/12/13 23:12 # 삭제

    어차피 시약급으로사서 약전규격대로 그냥 만들어 사용을....쿨럭..
  • 아카사 2011/12/13 23:55 #

    헐 실무자시군요+_+.. 근데 염산이나 황산같은건 오차가 꽤 크지 않나요?
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