산과 염기를 통한 적정(Titration)

적정(Titration)은 미지 시료와 반응할때 농도를 아는 시약의 양으로 미지 시료에서의 분석할 물질의 농도를 확인하는 것이다

예시로 식품 산업에서 단백질 함량의 질소 측정법이 있다

이의 대표적 예시로는 킬달 분석법이다

2016/05/25 - [분석화학] - Kjeldahl 질소 분석법(킬달 분석법, Nitrogen analysis)

적정은 강산, 강염기, 약산, 약염기마다 적정의 방법이 다르기 때문에 주의를 해야한다

적정시에는 당량점이란 단어를 사용하여 설명한다

당량점(Equivalence point)이란 이론값으로 적정시약의 몰수와 분석물질의 몰수가 같은 화학 양론적으로 완결, 대응되는 지점이며 단위는 mL*mol/L=mmol 을 사용한다

강산으로 강염기를 적정할 때에 대한 글이다

(이미지 출처 : http://images.tutorvista.com/cms/images/101/strong-acid-strong-base-titration.png)

적정 시에는 적정 시약과 분석물질의 균형 화학 반응식을 적어야한다

예시로, H+ + OH- -> H2O, K=1/Kw=1/10^-14=10^14 이 있다

당량점 이전의 pH는 용액에 남아있는 과량의 OH-에 의해 결정된다

당량점에서는 H+가 모든 OH-와 반응해 H2O를 생성하며 pH는 물의 해리에 영향을 받는다

H2O <=> H+ + OH-

당량점 이후의 pH는 첨가되는 강산, H+의 영향을 받게 된다

이로써 OH-의 농도를 구할 시에 pH로 다시 구하기가 가능해진다

강염기에서 약산을 적정할 때에 대한 글이다

당량점 이전에는 OH 이온애 의해 HA A- 의 혼합액, 즉 완충용액을 형성한다

당량점에서는 NaOH가 HA의 양과 같다

A- + H2O <=> HA + OH-, Kb=Kw/Ka

당량점 이후에는 pH가 과량의 OH-에 의해 결정되어진다

강산으로 약염기를 적정할 때에 대한 글이다

이때에는 pH는 산이 그 짝염기로 바뀌어 항상 7보다 큰 것이 특징이다

산이 가해지기 전 용액은 물에 약염기인 B만 있는 상태로 pH=Kb 반응으로 결정된다

B + H2O <-> BH+ + OH-

당량점 이전에서는 B와 BH+의 혼합 용액으로 완충용액 상태로 존재한다

pH=pKa(BH+) + Log([B]/[BH+]), Va=Ve/2을 통해 pH=pKa(BH+)

당량점에서는 B가 약산인 BH+로 바뀌어 pH는 BH의 산해리 반응을 통해 계산되어진다

BH+ <=> B + H+, Ka=Kw/Kb

이때 르 샤틀리에의 원리(Le Chatelier's Principle)을 통해 강산으로 약염기를 적정할때 당량점의 pH가 7보다 낮은 이유가 된다

당량점 이후부터는 용액에 H+가 남게 되니 약산 BH+를 무시하며 H+로만 계산한다

추가로 종말점(End point)의 검출로는 여러가지 방법이 있다

지시약과 pH 전극을 통한 방법이 있다

지시약의 경우, 지시약의 색변화가 당량점에서 이론적 pH에 가까운 것을 선택하여 변화 pH를 측정하는 것이다

이때 지시약으로 인한 오차를 막기 위해 몇방울 이상 사용하지 않으며 분석물질에 비해 무시될 수준의 양을 사용해야만 한다

pH 전극 방식은 기계적 방식으로 아래 유튜브 동영상을 통해 확인하면 된다

Auto titrator

이때 적정 곡선의 기울기=dpH/dV 이며 2차 도함수=d기울기/dV=d(dpH/dV)/dV가 된다

이로써 종말점을 확인할 수 있다