일반화학실험 | 지시약의 이온화 상수

 

 

 

TIP

 

 

산-염기 지시약 용액의 수소이온 농도를 변화시키면서 흡광도를 측정하여 지시약의 이온화 상수와 변색 범위를 알아낸다.

 

 

 

17세기에 이미 로버트 보일(Robert Boyle)은 용액의 성질에 따라 색깔이 변하는 지시약에 대해 알고 있었다. 지시약은 산-염기 적정에서 당량점을 알아내기 위해 사용되는 약산성의 복잡한 유기화합물이다. 따라서 그 분자에 양성자가 결합하면 어느 한 가지 색깔을 띠고, 양성자가 없어지면 다른 색깔을 띤다. BPB의 경우 산성형 (HIn으로 표시)일 때는 노란색이고, 염기성형(In¯으로 표시)일 때는 파란색이다. 지시약을 HIn라고 표시하면 지시약의 산해리 평형과 평형상수는 아래와 같이 적을 수 있다.

 

 

위 식을 통해, 페놀프탈레인 같은 분자가 어떻게 지시약으로 작용하는가를 알 수 있다. 용액 중의 수소 이온의 농도가 커지면, 즉 pH가 낮으면, 해리하지 않은 산성형의 HIn의 농도가 증가하고, pH가 높으면 해리된 염기성형의 In¯의 농도가 증가한다. 이때 만약 HIn과 In¯ 형태의 색깔이 다르면, 눈에 보이지 않는 용액의 수소이온의 농도변화를 지시약의 색변화로부터 알아낼 수 있게 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) pH 3.0, 4.0, 5.0 완충용액으로부터 pH 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 완충용액을 준비한다.

 

2) 시험관에 완충용액을 pH 순서대로 9.5㎖ 씩 넣고

 

3) BPB 지시약 용액을 0.5㎖씩 가한다. 색의 변화를 관찰하고 pH를 추정해 본다.

 

4) 각각의 용액을 분광광도계를 이용하여 흡수 스펙트럼을 얻고 염기성형의 최대 흡수파장인 592㎚에서의 몰흡광계수( = 28300 L/㎝․㏖)로부터 흡광도를 얻어 Beer-Lambert 식을 이용하여 각각의 완충용액에서의 산성형 [HIn]과 염기성형[In¯]농도를 계산한다.

 

5) log[In¯]/[HIn]값을 y축으로, pH를 x축으로 하여 그래프를 그리고 y절편으로부터 pKa 값을 구한다.

 

 

 

[일반화학실험]지시약의 이온화 상수 레포트