[제산제 적정] 가. 준비물 제산제, 삼각 플라스크, 0.5M HCl 표준용액, 페놀프탈레인 지시약, 0.5M NaOH 표준용액 나. 실험 원리 제산제는 위산(위액 중의 염산)을 화학적으로 중화하는 약제이다. 제산제로는 알칼리제나 완충제가 이용된다. 제산제에는 중조나 탄산마그네슘 등의 흡수성인 것과 규산알루미늄, 수산화알루미늄 등의 비흡수성인 것의 두 종류가 있다. 과거 제산제는 항펩신제와 함께 대표적인 소화성 궤양의 공격인자 억제제였지만, 최근에는 보다 강력한 공격인자 억제제인 H2- 수용체저해제나 항가스트린제제가 많이 이용되고 있다. 이들 약제는 위산의 분비를 직접 억제하는 것이다. 위산과다에 복용하는 제산제 등은 염기이다. 표준화한 염산과 수산화나트륨 표준 용액으로 제산제를 적정 할 수 있다. 여기서는 제산제를 약염기-강산 및 약산-강염기 시료의 적정법으로 적정하여 시료의 순도를 결정하는 실험을 수행한다. 일부 시판용 제산제의 산-염기 반응 NaHCO3 + HCl ---> NaCl + H2O + CO2 Mg(OH)2 + 2HCl ---> MgCl + 2H2O NaAl(OH)2CO3 + 4HCl ---> NaCl + AlCl3 + 3H2O + CO2 이들 복용 약들은 물에 쉽게 녹지 않고 산 또는 염기와 반응이 그리 빨리 일어나지 않는다. 이러한 난점을 해결하기 위해 역적정으로 하는 것이 편리하다. 즉, 과량의 산 또는 염기를 가하고 반응이 완결하도록 가열하여 준다. 반응하고 남은 산 또는 염기를 염기 또는 산 표준용액으로 적정하여 계산하고 남은 산 또는 염기의 몰을 처음 가해준 몰에서 빼주면 반응한 산 또는 염기 반응한 산 또는 염기의 몰을 구할 수 있다. (1) 중화적정 산과 염기가 반응하여 중화가 일어날 때 양적 관계를 이용하여 농도를 모르는 산-염기의 농도를 결정하는 것을 중화적정이라고 한다. (2) 적정의 원리 산염기 적정 수용액에서의 중화 반응을 이온방정식으로 표시하면 다음과 같다. H3O++OH- ↔2H2O 이 반응은 용액에서 일어나므로 용액의 농도를 생각하지 않을 수 없다. mole농도의 용액의 일정한 양에 들어 있는 용질의 mole수는 다음과 같이 계산할 수 있다. 용질의 몰수=용액의 부피 × 용액의 몰농도 완전한 중화 반응은 총 H3O+이온과 그와 같은 몰수의 OH-이온과의 반응이다. 산 1몰당 1몰의 H3O+를 가진 임의의 산이 염기 1몰당 1몰의 OH-를 가진 염기와 완전히 중화하려면 다음식이 성립해야 한다. Ma × Va = Mb × Vb ( Ma 및 Mb: 산 및 염기의 농도, Va 및 Vb : 그들의 부피) 이식은 산 및 염기가 1몰 당 각각 1몰의 히드로늄이온과 수산화 이온을 내는 경우에는 언제든지 성립한다. 그러나 황산(H2SO4) 1몰은 H3O+ 2몰을 내므로 NaOH 1몰은 황산1몰을 중화하지 못한다. H2SO4와 같은 산 또는 Ba(OH)2와 같은 염기에 대해서는 그들 1몰당 2몰의 H3O+또는 OH-이 있다는 사실을 고려해 넣어야 하므로 새로운 농도 단위인 노르말 농도를 생각하기로 하자. 이농도 단위는 용액 1L당 용질의 몰수가 아니고 1L당 그 그램당량수를 나타낸다. 당량은 반응의 종류에 따라 다르다. 그러나 지금의 경우 그 뜻은 몇몇 예를 들면 명확해진다. 노르말 농도는 그 용액에서 반응에 관여하는 수소이온 및 수산이온의 농도를 표시하므로 Na*Va=Nb*Vb와 같아진다. 당량수 = 무게/당량 = 분자량/H3O+또는OH-의 수 중화반응이 완전히 끝나는 종말점의 수소이온 농도를 지시약을 써서 관찰함으로써 화학양론적 중화점인 당량점을 알 수 있다. 종말점까지 소비된 산(또는 염기)표준용액의 부피를 측정하여 그 값으로부터 시료용액속의 염기(또는 산)의 양을 산출하는 방법을 중화적정법이라 한다. ㉮ 센산과 센염기의 중화 : 당량점 PH 7 아주 적은 양의 적정액에 의해서 PH변화는 대단히 크므로 PH4-10에서 변색하는 지시약을 쓴다. ㉯ 약한산과 센 염기의 중화 : 당량점은 PH-7보다 큰 염기인 쪽에서 나타낸다. 그러므로 PH7-10에서 변색하는 지시약 사용. ㉰ 센산과 약한 염기의 중화 : 당량점은 PH=7보다 산성인 쪽에서 나타난다. 그러므로 PH3-7에서 변색하는 지시약을 사용한다. (3) 직접적정 ㉮ 산-염기적정 산-염기 적정의 당량점은 염기를 중화시키기에 꼭 맞는 양의 산을 가했을 때이다. 당량점은 용액의 액성이 염기성에서 산성으로 변함에 따라 색갈이 변하는 리트머스나 페놀프탈레인과 같은 지시약으로써 알아낼 수 있다. 적정의 종말점은 지시약의 색깔이 지시약의 산 색깔과 염기 색깔의 중간이 되도록 적정액을 가했을 대이다. 지시약을 잘고르면 종말점이 당량점과 거의 같으므로 종말점을 찾는 것이 곧 당량점을 찾는 것과 같다. 당량점에서는 서로 반응한 산과 염기의 부피 및 이들 중 하나(적정액)의 농도를 안다. - 분석액 : 미지 농도의 용액 - 적정액 : 뷰렛내의 농도를 알고 있는 용액 - 당량점 : 적정액을 정확히 알맞은 부피만큼 가해 반응이 끝난 때를 적정의 당량점 ㉯ 산화-환원 적정 산화-환원 적정에서 당량점은 환원제 모두를 산화시키는 데 꼭 맞는 양의 산화제를 가했을 때이다. 당량점은 산화 상태에서 환원상태로 변환될 때 색깔이 변하는 물질인 산화-환원 지시약의 색깔을 관찰함으로써 찾을 수 있다. (4) 간접적정 및 역적정 첫 단계로 과잉량의 시약을 분석액에 가하고 분석액-시약 반응 생성물의 양을 직접 적정해 측정한 후, 그 결과를 해석하여 원래 시료에 들어 있던 분석액의 양을 구한다. ㉮ 직접적정 : 분석액을 적정액으로 직접 적정한다. ㉯ 간접적정 : 분석액을 100%수득률로 제2의 분석액으로 변화시킨 후 이것을 적정한다. ㉰ 역적정 : 분석액이 한계반응물이어서 실제로 적정하는 것은 분석액-적정액 반응이 끝난 후 남아 있는 과잉의 적정액이다.(시약을 과량으로 가하고, 과잉량을 제3의 시약으로 적정하는 방법) 라. 실험 과정 (1) 제산제 1g을 250㎖삼각플라스크에 넣는다. (2) 0.5M HCl 표준용액 40㎖을 정확히 가한다. (3) 알코올램프를 이용하여 5분간 가열한다. (4) 끓인 용액을 수돗물을 이용하여 실온으로 냉각시킨다. (5) 페놀프탈레인 지시약2∼3 방울 가한다. (6) 0.5M NaOH 표준용액으로 무색에서 엷은 분홍색으로 변할 때까지 적정한다. (4) (1) ~ (3)까지의 과정을 한번 더 반복한다. 마. 실험결과
바. 유의점 (1) 용액이 튀어나가지 않도록 천천히 가열한다. 사. 오차 분석
아. 용어 정리 (1) 표준용액 : 용량분석은 이미 농도를 알고 있는 시약을 정량하려는 물질이 함유된 용액에 적정하여 정량적으로 반응이 일어나게 하고 그 때에 소비된 시약의 용량으로 계산하여 검체 중 물질의 양을 산출하는 방법을 말한다. 이상과 같은 실험을 적정이라 하고 이때 사용되는 시약을 표준용액이라고 한다. (2) 적정 : 정량하려고 하는 물질을 용해하고 있는 시료용액에 그 물질과 화학량론적 으로 반응하는 표준용액을 첨가하여 화학반응을 일으키게 하여, 반응의 당량점(equivalent point)까지에 소비한 표준용액의 체적에서 정량하려는 물질의 농도를 결정하는 방법이다. (3) 지시약 : 용액에 극히 소량을 첨가하여 주반응에 관계없이 특정한 가시적인 변화를 일으켜 반응의 진행 상태를 표시하는 물질. 용액의 pH를 측정하거나 적정분석에서반응의 종점을 확인하기 위해 사용한다. 그 가시적 변화는 침전의 생성이나 소실의 경우도 있지만 대부분은 색조의 변화이다. (4) 순도 : 화학의 기초개념으로서 순수한 상태의 물질로 존재할 때 그 물질에 차지하는 비율을 말하며, 동일한 조건에서 재현이 가능한 특성을 갖는 것을 말한다. 자. 보충설명 제산제는 반응특성을 고려해 ‘역적정’이라는 방법을 사용한다. 완전히 산성 또는 염기성으로 만들어버린 뒤 다시 반대 성질의 표준용액으로 적정하여 원래 용질의 양을 예측하는 것이다. 제산제의 경우 아예 염산 용액을 넣어 산성으로 만들어버리고, 이를 수산화나트륨 수용액으로 중화시킨다. 중화되는 순간까지 들어간 수산화나트륨의 양은, 원래 있던 제산제와 들어간 염산 용액을 모두 중화시킬때까지 필요한 양이라고 생각할 수 있다. 이때 들어간 염산의 부피와 농도를 알고 있으므로 염산만을 완전히 중화시킬때까지 필요한 수산화나트륨 수용액의 양을 구해낼 수 있다. 이를 들어간 수산화나트륨 수용액의 총량에서 빼면 순수하게 제산제만을 적정할 경우 들어갈 수산화나트륨 수용액의 양을 구할 수 있는 것이다. |
중화적정 농도 계산 - junghwajeogjeong nongdo gyesan
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