일반화학실험 | 약산의 평형상수

 

 

 

TIP

 

 

BPB (BROMOPHENOL BLUE)의 평형상수와 변색범위를 pH의 변화에 따른 BPB의 흡광도 측정을 통해 알아본다.

 

 

 

적정(titration)

분석화학에서 매우 중요한 실험방법이다. 적정은 농도를 알고 있는 물질 A의 용액을 농도를 모르는 물질 B의 용액에 가해 정량적으로 반응이 일어나게 한 후, 반응이 완결될 때까지 들어간 물질 A의 농도(양)를 계산하여 물질 B의 농도(양)을 알아내는 일이다. 반응이 완결되는 종말점은 반응 혼합물의 물리적 성질의 변화에 의해서 알 수 있는데 그 중 하나가 바로 지시약에 의한 색의 변화이다.

 

즉, 어떤 물질의 pH를 알고자 할 때 사용되는 지시약은 대게 약한 산성물질로 HA ↔ H⁺ + A^-의 구조를 지닌다. 지시약도 이온화하는 물질이기 때문에 평형상수가 존재하고, 르 샤틀리에의 원리의 적용을 받는다. 지시약은 르 샤틀리에의 원리에 의해 pH에 따라 지시약의 HA와 A^-의 농도가 달라지는데, 이 달라진 농도 때문에 지시약이 나타내는 색이 달라져, 실험자로 하여금 적절한 pH를 육안으로 알 수 있게 해주는 물질이다.

 

본 실험에서는 지시약의 한종류인 BPB를 이용하여 지시약의 원리를 알아본다. 분광광도계를 사용하여 지시약의 파장, pH, 농도에 따른 흡광도의 변화를 관찰하고, 베르(Beer)의 법칙을 통해 지시약의 몰흡수계수(ε)를 알아본다. 또, 베르의 법칙을 응용하여 지시약의 몰농도를 구해 지시약의 평형상수를 확인한다.

 

그래서, 본 실험은 ‘약산의 평형상수’라는 제목으로, 산-염기 지시약 용액의 pH를 변화시키면서 ‘흡광도’를 측정하여 지시약의 이온화 상수와 변색범위를 알아내는 것이 목표이다. 실험을 통해 흡광도를 측정한 후 [HInd]와 [Ind^-]의 농도를 측정해 지시약의 해리상수 KInd 를 결정하는 것이다. 실험은 크게 세 종류로 나뉘며, 실험은 Beer-Lambert 법칙에 기초한다.

 

이 법칙은 빛이 시료를 투과할 때 흡수된 빛은 물질의 농도에 비례한다는 법칙이다. 본 실험을 할 때 주의할 점은 여러 경우의 실험을 하기 때문에 실험 하나하나가 끝날 때 마다 이전 실험의 결과가 다음 실험에 영향을 주지 않도록 하는 것이다. 또한 매 실험 마다 정해진 기준을 잘 지키는 것이 중요하다. 예를 들어 용액의 양을 들 수 있다. 자칫 하면 예상과 다른 실험결과가 나올 수 있으므로 주의해야 한다. 또한 염산을 실험에서 다루기 때문에 이때에도 주의를 기울여야 한다.

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실험 방법

실험 1. 지시약의 스펙트럼

1) 시험관에 증류수 10㎖을 넣고 브로모페놀블루(BPB) 3방울과 진한 염산 3방울을 넣은 용액을 준비한다.

 

2) 분광계를 이용해서 375-650영역에서 25㎚ 간격으로 흡광도를 측정하여 흡수 스펙트럼을 그린다. 흡광도가 최대가 되는 영역에서는 5㎚간격으로 흡광도를 측정한다. (이 때, 매 파장마다 증류수의 투과도를 100%가 되도록 분광기를 조절 한 후 시료의 흡광도를 측정한다.)

 

3) 시험관에 증류수 10㎖을 넣고 BPB 3방울과 진한 암모니아 3방울을 넣은 용액을 준비해서 같은 방법으로 흡수 스펙트럼을 측정한다.

 

실험 2. 농도에 따른 흡광도 측정

1) 실험 1의 결과를 바탕으로 HInd의 흡광도가 최대이면서 Ind-의 흡광도는 무시할 수 있을 정도로 작은 파장을 선택하여 분광광도계의 파장을 고정시킨다.

 

2) BPB 용액 10㎖을 삼각플라스크에 넣고 (진한 염산과 물을 1:8의 부피비로 혼합한) 염산 용액 70㎖으로 묽혀서 흡광도를 측정한다. 이 때의 농도를 기록한다.

 

3) 50㎖ 삼각플라스크에 피펫으로 BPB 용액을 20㎖넣고(진한 염산과 물을 1:8의 부피비로 혼합한) 염산용액 5㎖을 넣은 후 잘 흔들어서 흡광도를 측정한다.

 

4) 3)의 용액 20㎖을 깨끗하게 씻은 50㎖ 삼각 플라스크에 옮기고 다시 염산 용액으로 묽혀서 25㎖이 되도록 하여 흡광도를 측정한다.

 

5) 4)의 과정을 두 번 더 반복한다.

 

실험 3. 지시약의 해리상수결정

1) 시험관에 pH가 3.4, 3.7, 4.0, 4.3, 4.6인 완충 용액을 이용해서 5개의 BPB용액을 만든다. 이 때의 BPB용액은 실험2와 같이 BPB용액 1㎖과 완충용액 7㎖을 혼합하여 만든다.

 

2) 용액의 흡광도를 측정한다.

 

 

 

[일반화학실험] 약산의 평형상수 레포트