[일반화학실험][예비+결과] 인산의 적정과 완충용액 실험

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[일반화학실험][예비+결과] 인산의 적정과 완충용액 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

염기는 값이 너무 커서 p 값을 구할 수 없다.
(7) 잘 알려진 몇 가지 약산(아세트산, 구연산, 옥살산, 탄산, 인산 등)으로 만들 수 있는 완충용액의 pH 범위를 계산해보아라. 그 중 pH 7 부근에서 유용한 완충용액은 어떤 것이 있나?
아세트산
= 1.8×10-5
p = 4.7
범위 3.7～5.7
옥살산 1차
= 6.5×10-2
p = 1.2
범위 0.2～2.2
탄산 1차
= 4.2×10-7
p = 6.4
범위 5.4～7.4
인산 1차
= 7.5×10-3
p = 2.1
범위 1.1～3.1
∴ pH 7 정도에서 유용한 완충용액은 탄산/탄산수소이온 완충용액이다.
(8) 생화학적 반응에 pH 7 정도가 유리하기 때문에 생체에서는 위에서 알아본 완충용액이 사용되는 것일까, 아니면 그러한 완충용액이 쉽게 얻어질 수 있으니까 생체반응이 pH 7 정도에서 잘 일어나도록 오랜 기간을 통해 최적화 된 것일까?
∴ 완충용액들을 보면 작용하는 pH가 다양하여 생체반응을 위해 원하는 pH의 완충용액을 알기가 쉬움을 알 수 있는데 이것으로 생화학적 반응을 위해 선택적으로 완충용액이 사용된다는 것을 알 수 있다.
(9) 완충작용은 HX와 X-의 농도가 같을 때 가장 크게 나타나는 이유를 설명하여라.
완충값은 산염기의 적정곡선에서 기울기 dB/dpH로 정의되는데, dB는 강산 또는 강염기의 증가량을 말하며, pH의 변화량이 dpH이다. 적정곡선을 보면 완충값은 완충용액의 pH와 p가 같을 때 최대가 된다. pH와 p가 같으면 Henderson방정식 pH = p + log[A-]/[HA]에서 log[A-]/[HA] = 0이 되므로, [A-] = [HA]가 된다. 즉, 완충용액을 약산과 그 짝염기를 같은양으로 혼합하면 완충값이 최대가 되어 pH에 대한 저항성이 제일 크고, 이때 pH는 p와 같다.
(10) 센 산이나 센 염기로는 완충용액을 만들 수 없는 이유를 설명하여라.
완충용액이 pH에서 나타내는 완충작용에는 한계가 있다. 완충액의 완충범위는 p와 관련이 있는데 비해, 완충액의 용량은 HA와 A-의 전체 농도와 관련있다. 예로, HOAc 와 OAc- 전체농도가 1.0M인 완충용액의 pH가 4.75이지만 완충용액의 용량은 1.0M용액이 0.1M 용액보다 10배 강하다. 즉, 완충용액은 완충범위와 완충용량도 고려해야 하므로 센 산, 센 염기로는 완충 용액을 만들 수 없다.
토의 사항
NaOH로 인산을 적정하면서 가 모두 소모되는 제1당량점과 가 모두 소모되는 제2당량점을 결정하고 와 로 구성되는 완충영역과 와 로 구성되는 완충영역에 대해서도 알아볼 수 있을 것이다. 실험을 위해서 인산을 정확히 20㎖ 비커에 넣어야 하는데 그 이유는 적정 시에 작은 양의 차이에서도 결과가 달라지기 때문이다. 그래서 처음 인산이 보관된 병으로부터 비커로 옮길시 중간에 부피플라스크로 정확하게 20㎖를 맞춘 후 비커에 옮겨 부었다. 이때 실험실에 0.1M과 0.2M의 인산시약이 있었기에 실험을 위해서는 0.2M이 아닌 0.1M을 써야 한다는데 주의를 하였다.
또한 지급받은 pH미터를 통한 실험기구의 오차를 알아내기 위하여 증류수에 우선 5분여 담가 두어 초기 값을 알게 되었고 이 값의 차이를 통해 추후 있을 pH미터를 통한 실험결과의 보정 값을 구할 수 있게 되었다. 인산이 담겨있는 비커에 수산화나트륨을 실험 시작 전 지급받은 표와 같이 양을 변화시켜가면서 적정을 하고 그 결과를 pH미터를 통해 측정한 뒤 표에 농도를 기입하였다. 이때 정확한 측정을 위해 마그네틱 바를 넣어두어 두 용액이 잘 섞이도록 한다.
다양성자산은 한 분자에 한 개보다 많은 양성자를 제공하는 Bronsted 산이라는데 그것의 해리에 관해 몸소 실험해보는 기회가 될 것같다. 뷰렛으로 NaOH를 떨어뜨리는 것을 보다 주의해서 오차가 나지 않도록 해야겠다. 약산 약염기를 동시에 포함해서 산이나 염기를 넣어주어도 어느 한도 까지는 그 pH값이 변하지 않는 물질이 있다는 것을 알게 되었고, 그것의 한 예가 인산이며, 그러한 작용을 완충작용이라 한다는 것을 알았다.
처음 실험을 했을 때 비커를 씻지 않고 해서 제대로 된 pH 값이 나오지 않았다. 또 pH 미터기를 처음 사용해봐서 자꾸 실수를 해서 시간이 많이 걸렸다. 그리고 비커를 다시 씻었지만 제대로 닦이지 않아서 남아 있던 물질이 pH를 낮추는 역할을 한 것 같다. 또 시간이 매우 부족해서 급하게 하다 보니까 실험을 정확성있게 하지 못했다. 이런 요인들로 이론적인 값과 많은 오차가 생겼다. 실험을 통해 어느 한도까지는 그 pH값이 변하지 않는 물질에 대해서 알게 되었고, 그 중의 하나가 인산이라는 사실과 이런 작용을 완충작용이라고 한다는 것을 알았다.
주의 사항
(1) 다루는 시약이 강산 혹은 강염기인 경우가 대부분이므로 시약을 다룰 때 주의하라.
(2) NaOH는 공기중의 수분을 잘 흡수하는 흡습성이 강하므로 신속하게 무게를 재야한다.
(3) pH 미터는 매우 정교한 기기이므로 조심스럽게 다루어야 한다. 특히 유리전극은 손상되기 쉬우므로 용액을 젓는데 사용하거나 흔들지 말아야 하고, 항상 깨끗하게 보관해야한다.
1) 전극을 뒤집어들지 않는다.
2) 전극을 용액을 젓는데 사용하거나 흔들지 않는다.
3) 전극은 항상 깨끗하게 보관한다.
4) 전극에 충격이 가지 않도록 주의한다. (magnetic bar와 충돌 주의)
5) 전극은 세제 등으로 씻어서는 안된다. 또, 전극은 항상 젖어있어야 하기 때문에 사용 후 증류수로 여러 번 씻고 보관액에 담가둔다. 이때 전극을 휴지로 닦아서는 안된다.
참고 문헌
(1) 표준일반화학실험 제6판, 대한화학회, 대한화학회, p.117∼124
(2) 일반화학 제6판, Zumdahl 외 1인, 자유아카데미, p.763∼779
(3) 현대일반화학 제5판. Oxtoby 외 2인, 자유아카데미. p.421∼447
(4) 일반화학 제4판, McMurry 외 1인, 녹문당. p.632∼650
(5) 대학기초 화학, 자유아카데미, Marthaj gilleland, 1999.
(6) 응용을 위한 대학화학, 지구문화사
(7) 대학화학의 기초 제 6판, 역자대표 윤창주, 자유아카데미

키워드

인산,   적정,   완충용액,   pH,   산, 염기,   당량점,   적정점