3.용액의_산도_(acidity,_pH)측정법_및_완충계_(buffer_system)

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본문내용

종말점과 당량점의 차이가 실험값과 이론값의 차이가 되므로, 실험오차가 된다.
(3) 다양성자산의 적정 그래프
실험결과
1. 각종 액체의 pH 측정
수돗물
증류수
생수
사이다
콜라
오렌지주스
우유
측정값
7.62
5.93
7.65
3.15
2.51
4.00
6.75
인터넷조사
7~7.4
6.0~6.5
7 근처
2.7~3.3
2.5~3.0
3~4
6.5~6.8
pH가 4, 7, 10인 표준용액으로 pH미터를 조절하였기 때문에 정확한 측정을 할 수 있었다.
증류수는 만든지 시간이 지나면 CO2가 녹아들어가서 pH가 낮아질 수 있고 용기를 잘 세척하지 않으면 pH가 변할 수 있다. 보통 증류수의 pH는 6.0~6.5인데 주로 7.3으로 맞추어 사용한다.
2. 인산의 적정실험
가해준 NaOH 양 (mL)
pH
가해준 NaOH 양
pH
0
1.73
0.48
7.27
0.02
1.75
0.5
7.46
0.04
1.80
0.52
7.69
0.06
1.85
0.54
8.08
0.08
1.92
0.56
9.72
0.1
2.01
0.58
10.50
0.12
2.08
0.6
10.79
0.14
2.17
0.62
10.99
0.16
2.23
0.64
11.13
0.18
2.37
0.66
11.25
0.2
2.50
0.68
11.34
0.22
2.68
0.7
11.42
0.24
3.08
0.72
11.53
0.26
3.28
0.74
11.61
0.28
5.10
0.76
11.68
0.3
5.81
0.78
11.75
0.32
6.09
0.8
11.88
0.34
6.30
0.82
11.94
0.36
6.45
0.84
12.05
0.38
6.61
0.86
12.19
0.4
6.72
0.88
12.27
0.42
6.85
0.9
12.38
0.44
6.92
0.92
12.45
0.46
7.11
인산은 삼양성자 산이므로 세 개의 완충구간과 2개의 급격하게 바뀌는 당량점이 있다. 실험 결과를 통한 그래프도 그 사실을 보여주고 있다.
Discussion
1. 당량점과 완충구간을 표시해보자
2. 첫 번째 반 당량점, 두 번째 반 당량점, 세 번째 반당량점을 이용해 pKa1 pKa2 pKa3를 구해보자
NaOH 1몰에 1몰의 OH-를 내놓기 때문에 5N농도는 5M이다
0.1M 인산 20ml의 첫 번째 반 당량점에 이르려면 5N NaOH 몇 mL를 넣어야할까 ?
일단 첫 번째 당량점을 구하면
0.1M * 0.02 = 5 * X
X= 0.4mL
따라서 첫 번째 반 당량점은 0.2mL이다 .
NaOH 0.2mL를 넣었을때 pH를 위 표에서 구하면 2.5이다. 인산의 pKa1이 첫 번째 반당량점의 pH와 같다.
따라서 -log(Ka1)=2.5
따라서 Ka1은 3.16*10^-3으로 계산된다.
실제 인산의 Ka1 값은 7.25×103로 이론적 pH는 2.14이다. 따라서 실험과 비슷하다고 볼 수 있다.
따라서 두 번째 반 당량점은 0.6mL가 되어야하는데 그래프상에서도 조금 차이가 있다
따라서 그래프를 통해 반당량점을 두 번째 찾으면 약 0.46정도 된다. 이때 pH는 7.11이다
위와 같이 공식을 세우면 -log(Ka2)=7.11
--> Ka2 = 7.76*10^-8으로 나온다
이론적 Ka2 값은 6.31*10^-8이고 이를 통한 pH는 약 7.19정도 되므로 실험값과 비슷하다
세 번째 반당량점은 계산을 해보면 1mL로 예상되는데 그에 해당하는 실험까지 하지 않았다.
따라서 가장 마지막은 0.92mL로 해보면 약 Ka3 = 3.548*10^-13이고 이론값은 3.98*10^-13으로 1mL까지 측정한다면 거의 유사하게 나올것이다.
3. 헨더슨 하셀바하 식을 유도 해보자.
4. 반 당량점에서 pH=pKa 인 이유는?
반당량점에서는 [A-] = [HA] ㅣ이다. log1=0이므로 pH=pKa가 된다.
5. 강산 강염기로는 완충용액을 만들 수 없는 이유는 무엇인가?
완충용액의 역할은 급격한 pH변화에 대응하는 것이다. 그래서 사용하는 물질들의 이온화도가 낮아야 한다. 그래야 주변에서 들어오는 H+나 OH-에 반응해서 조금씩 이온화를 하며 평형을 유지하는데 결과적으로 용액 전체의 pH가 큰 변화없이 유지한다.
강산 강염기는 이 이온화도가 매우 크다. 그러기 때문에 물에 들어가면 싹 다 이온화하기 때문에 넣는 족족 바로 해리되므로 평형을 논할 수 없으며 완충 용액을 만들 수 없다.
Reference
-옥스토비의 일반화학 6판 , David W. OXTOBY
-위키피디아
-연세대학교 시스템생물학과

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