[수용액 평형] 약산과 약염기 적정 & 지시약 채택

아.. 40분걸린 포스팅 갑자기 렉으로 다 날아가고 임시저장도 안되있네요. 네이버 블로그보다 안좋은점이 임시저장시스템인거 같습니다 ㅠ  일단 눈물을 머금고 다시 포스팅합니다...

 

1. 강산과 강염기 적정과  약산&약염기 적정에서의 차이는?

일단 강산과 강염기 적정은 당량점에서의 pH농도가 7입니다. 왜냐? 

 

강산은 알다시피 H을 내주고싶어서 안달난 애고,  강염기는 H를 받고싶어서 안달난 애입니다. 즉, 이 둘이 만났다는 것은

찰떡궁합이다 이거죠. 그렇기 때문에 강산&강염기 적정은 100%에 가까운 해리를 하게됩니다. 그러면 이 둘이 만났을 때는 염과 물을 생성하고 이 둘은 pH농도에 영향을 거의 주지 않기 때문에  우리가 pH농도를 구하기는 쉬웠습니다.

 

다만, 이번에 하게될 약산&강염기 적정  /  약염기&강산 적정이 조금 까다롭습니다. 왜냐하면 약산이 강염기에 의해 해리되면 해리된 약산의 이온이 pH농도에 영향을 미치기 때문이죠. 바로 문제 하나 풀어볼께요.

 

여백의 미	수산화소듐	아세트산	아세트산이온
초기	0.0045mol	0.005mol	0
반응 중	-0.0045mol	-0.0045mol	+0.0045mol
평형	0	0.0005mol	0.0045mol

이렇게 나옵니다. 그러면 아세트산 이온의 농도는 어떻게 되나요? 총 부피가 95ml이니까, 0.0474M가 됩니다.

약산 혹은 약염기 적정에서 쓰는 공식으로 좋은 것은 '헨더슨 하셀바흐'식입니다. 따라서 이걸 이용해서 풀어보도록 합시다.

pH=pKa+log[염기/산]  이 공식에 대입하면 되니까요.  pH는 5.69정도로 나옵니다. 

아세트산이온은 아세트산에서 해리된 이온이므로 짝염기가 됩니다. 

 

여기서 Tip 하나 드리자면 log안에 들어간 염기/산은 꼭 굳이 농도로 대입하지 않아도 됩니다. 왜냐하면 부피가 같은 상태에서 염기와 산의 몰 수를 알려주는 것이니까, 그냥 아세트산 0.0005mol / 아세트산 이온 0.0045mol 이거로 대입해도 무방합니다.  그리고 본인이 맞게 풀었는지 보는 방법으로는 약산을 강염기로 적정하게 되면 당량점은 pH 7보다 당연히 낮아야 합니다. 보시면 당량점에서의 pH가 5.69로 7보다 낮은게 보이지요? 

 

그러면 이번엔 약염기를 강산에 적정했을 때 문제를 봅시다. 

약간 문제가 다르지만 걱정마세요. 우리가 배운 원리를 기초로 풀어보면 됩니다. 일단 힌트가 당량점에서의 pH라고 주어졌습니다. 그러면 같은 농도 하에서 HCl의 부피는 당연히 40.0ml가 됩니다. 그렇죠? 저거 이제 표로 봅시다.

여백의 미	암모니아	염화수소	염화암모늄이온	수산화 이온
초기	0.004mol	0.004mol	0	0
반응 중	-0.004mol	-0.004mol	+0.004mol	+0.004mol
평형	0	0	0.004mol	0.004mol

 여기서 우리가 헨더슨 하셀바흐식에 적용할 이온은 염화암모늄이온입니다. 따라서 이것의 농도를 구하면 총 부피가 80ml이니까, 0.05M이 됩니다. 자, 그러면 이걸 역으로 봅시다.

염화암모늄이온의 역반응은 암모니아와 수소이온(염소는 pH농도에 영향을 안끼치니까 생략)이 됩니다.  근사식을 적용시키면 이제 우리는 수소이온의 농도를 구할 수 있어요. 5.6*10^-10은 암모니아의 Kb가 1.8*10^-5이니까, 이것의 역반응인 염화암모늄이온의 Ka는 물의 이온화 상수값 10^-14에서 암모니아의 Kb를 나눈 값이므로 5.6*10^-10이 됩니다.

 

따라서 x는 5.29*10^-6되고 이걸 pH농도 구하는 식에 대입하면 pH 5.28가 됩니다. 

 

다음은 약산&강염기 적정곡선 그래프의 개형입니다.

보시면 약산에다가 강염기를 적정시키면 당량점에서의 pH는 7보다 큰 것을 그래프로 확인할 수 있습니다. 

이 때, 당량점의 pH농도를 대략적으로 아는 방법으로는 지시약이란걸 쓰면 됩니다. 우리가 중학생때 자주배웠듯이

양배추 지시약, 페놀프탈레인 지시약, 메틸 오렌지 지시약.  이런겁니다. 염기성인지 아닌지 판단하는 지시약으로 가장 좋은 것은 페놀프탈레인 지시약입니다. 왜냐? 얘는 pH농도가 8~10 사이에서 색이 변하게되거든요. 따라서 위 개형을 나타내는 약산&강염기 적정에서 페놀프탈레인 지시약을 사용하면 당량점에 도달했구나를 알 수 있겠죠?

 

화학실험과목에서 반드시 하는 내용이므로 꼭 잘 배워가시길 바랍니다. 

 

* 약염기에다가 강산을 적정하면 당연히 당량점에서의 pH농도는 7보다 낮은게 정상입니다. 이 때 사용하는 지시약은 메틸 오렌지 혹은 메틸 레드입니다.