[분석화학] EDTA 적정실험 - 물속의 금속이론 EDTA에 반영시켜 전체 금속 이온 농도를 구하여 Ca2+와 Mg2+을 분석한다

본문내용

에 17.5g의 염화암모늄을 넣고 250ml로 묽혀 버퍼용액을 만들고, pH종이로 pH가 10임을 확인하였다.
먼저 실험 B를 통해 물속의 칼슘, 마그네슘이온의 함량을 구한다. 삼각플라스크 안에 물25ml와 3ml의 완충용액을 넣고, 지시약으로 Eriochrome black T용액 세 방울을 넣는다. 이 실험은 용액속의 금속이온의 유무를 알아내야 하기 때문에 금속지시약을 사용하는데 pH지시약이 pH변화에 따라 그 색을 변화하듯이, 금속지시약은 용액 중에 그와 결합할 수 있는 금속 이온이 있느냐 없느냐에 따라 결합형과 유리형의 독특한색을 나타낸다. 지시약은 EDTA보다는 약하게 금속과 결합해야만 한다. 실험에서 EBT지시약을 사용하는 이유는 EDTA의 킬레이트 정수가 지시약보다 더 커서 무기질의 EBT와의 결합보다 EDTA의 결합이 더 안정하기 때문이다. EBT지시약을 사용하면 금속이온 착물의 색이 붉은 빛을 띠고, 유리됐을 시에는 푸른빛을 띤다.
그래서 뷰렛을 이용해 0.01M EDTA용액으로 시약의 색이 붉은 색에서 푸른색으로 변할 때까지 적정을 세 번 반복하였다.
퓨리스의 적정에 사용된 EDTA용액의 평균부피는 2.77ml이고, 순수물은 1.83ml, 수돗물은 실험을 한 번만 하여서 1.3ml가 나왔다. 먼저 MV=M'V'식을 이용해 적정에 사용된 EDTA용액M × EDTA평균부피 = 금속이온M × 25ml물 으로 금속이온의 몰농도를 구한다. 실험B에서 계산하여 나온 금속이온의 몰농도는 물 속의 이온과 이온 모두를 포함하고 있는 값이기 때문에 각각 이온의 함량은 알 수가 없다. 따라서 실험C의 방법을 사용해 적정을 해준다.
실험C에서는 25ml의 물에 50wt% NaOH용액을 30방울 정도 넣어준다. 그 이유는 다음 식에서 확인할 수 있듯이, 마그네슘이온이 수산화이온과 반응하여 침전물을 형성하기 때문이다. 이렇게 되면, 물속의 마그네슘이온은 침전되어 사라지고, 칼슘이온만 EDTA와 착물을 형성하기 때문에 칼슘이온의 함량만을 구할 수 있게 된다.
그리고 지시약으로는 Murexide를 넣어준다. 검붉은 색의 분말인 Murexide는 ammornium purpurate로 Ca, Co, Cu, Ni등의 많은 금속과 킬레이트를 형성한다. 암모니아 알칼리 수용액에서 착화합물을 이루지 않는 Murexide용액의 색은 진한 자색이다. Murexide용액은 1일 정도만 안정하고 분해되므로 실험할 때마다 다시 만들어야 한다. 실험B에서 EBT가아닌 Murexide를 넣어주는 이유는 칼슘이온도 마그네슘이온과 마찬가지로 EBT와 주홍색의 착물을 만들지만, 마그네슘의 착물 보다는 다소 안정도가 낮아 칼슘의 정량시 EBT 지시약을 사용하면 오차가 발생하게 된다. 이와 같은 오차를 줄이기 위하여 Murexide를 넣어준다. Murexide 지시약은 금속이온 착물의 색이 분홍색이고, 유리됐을 시에는 푸른색을 띠므로 0.01M EDTA용액으로 분홍색에서 파란색이 될 때까지 적정을 한다. 퓨리스, 순수, 수돗물에 사용된 각각의 EDTA용액의 평균부피는 1.97ml, 1.33ml, 1.3ml이고 실험B와 같은 결과처리방법을 이용해 칼슘이온의 몰농도를 구해주었다. 용액속의 금속이온질량을 구해야 하기 때문에 몰농도를 ppm(mg/L)단위로 바꿔주면 칼슘이온은 퓨리스, 순수, 수돗물이 각각 31.58ppm ,21ppm, 28.86ppm이다. 그리고 실험 B값에서 구한 값이 칼슘과 마그네슘이온이 같이 들어있는 값이기 때문에 실험B의 결과값에서 시험 C에서 구한 결과값을 빼주면 그것이 마그네슘이온의 함량이 되고 퓨리스, 순수 수돗물 각각의 마그네슘 이온함량은 7.78ppm ,4.861ppm, 4.861ppm이 나온다. 그리고 참값을 이용하여 절대오차를 구하면, 퓨리스는 칼슘이 13.18ppm, 마그네슘이 4.68ppm이고 순수는 칼슘이 1.44ppm, 마그네슘이 3.31ppm이 나온다. 수돗물은 함량을 모르기 때문에 오차를 구할 수 없다.
오차의 이유는 물병에 적인 칼슘과 마그네슘이온 함량의 범위가 넓게 분포되어 있었는데 우리는 실험에서 그 중간값을 사용하였기 때문에 참값이 정확하지 않을 수 있다. 또한 지시약을 너무 많이 첨가하여 생긴 오차가 있을 수 있다. 지시약은 거의 종말점이 되기 전에 중간색을 나타내는데 지시약을 과도하게 사용하면 종말점이 되기 전에 나타나는 이 유용한 색깔을 관찰할 수 없다.
칼슘과 마그네슘이 많이 들어 있는 물을 경수라고 하며 그 크기를 물의 경도라고 하는데 실험에서 측정된 ppm으로 물의 세기를 구하면 가장 경도가 높은 것은 퓨리스이고 낮은 것은 순수물이었다. 경도가 너무 높으면 위장을 해치기도 하지만 적당량은 맛 좋은 음료수도 되고, 또 수도관의 방식에 도움이 되고 있다고 한다.
※Quiz
1. 물의 경도 (water hardness) 는 물의 성질을 나타내는 중요한 척도이다. 물의 경도가
너무 높으면 높 면 위장을 해 치기도 하지만 적당량은 맛 좋은 음료수로 되고, 또 수도관의
방식에 도움이 되고 있다고 한다. 본 실험을 통하여 나온 측정한 칼슘이온과 마그네슘 이온의 농도를 바탕으로 실험한 생수의 물의 경도에 대해 논해보시오.
☞물의 경도란 칼슘과 마그네슘이 물속에 있는 정도이다. 경도가 높으면 떨떠름한 물이 되고 낮으면 부드러운 물이 된다.
2. 알칼리금속과 EDTA가 결합하지 않는 이유는 무엇인가 ?
☞EDTA는 대부분의 금속 이온과 1:1 로 아주 강한 결합을 한다. 또한 EDTA 착화합물에 대한 형성상수는 매우 크며 양전하가 큰 금속이온일수록 커지는 경향이 있어 2가인 , 가 과 보다는 큰 경향성을 가진 것으로 보았다. 그러므로 1가인 알칼리 금속보다는 2가 금속이온이 더 잘 결합한다.
[참고문헌]
분석화학실험 / 분석화학실험교재연구회 / 자유아카데미 / 2004년
분석화학 / 김강진 외 3명 / 자유아카데미 / 2001 / p.350~377
고급분석화학 / 정용순, 이원 저 / 반조아카데미 / 1999 / p.115~117
분석화학실험 / 김석현, 탐구당 / 1996년
분석화학 / 정기호 / 자유아카데미 / 1997년 / p.257~312

키워드

EDTA란,   EDTA 적정실험,   물의 경도(세기)