화공기초실험 | 경도

 

 

TIP

 

 

경도라 함은 수중에 존재하는  Ca²⁺ 및 Mg²⁺의 총량을 이에 대응하는 CaCO₃의 ppm(㎎/1)으로써 표시한 것을 말한다. 경도측정은 전경도와 칼슘경도로 구분하여 측정 할 수 있는데 에틸렌 디아민테트라아세트산(ethlendiaminetetraacetic acid, EDTA)의 용액이나 그 나트륨염을 적정 표준액으로 사용하는 방법이다. 시료수의 pH를 10으로 한 후 EBT(Eriochrome blank T)를 지시약으로 해서 EDTA액으로써 적정한다. 본 실험은 EDTA로 Chelate 적정하여 전경도와 칼슘경도를 측정한다.

 

 

 

경도

硬度(경도)란 물의 미네랄 함량을 표현하는 수치로, 함유량이 많을 경우 센물(Hard Water), 적을 경우 단물(Soft Water)로 구분한다. 이러한 미네랄(금속양이온)을 많이 함유하는 물의 경우, 비누나 세제가 금속이온들과 뒤엉키는 현상 때문에 비누의 '떼를 제거하는 능력'이 사라져 세탁에 제한을 받게 된다.

 

반대로 금속이온을 적게 함유하는 단물의 경우, 이러한 뒤엉킴 현상이 없기 때문에 세탁에 적절한 물이라 할 수 있다. 센물의 미네랄은 대부분 칼슘과 마그네슘, 그리고 금속 양이온들로 이루어져 있고 황산염, 탄산염 등을 포함하는 경우도 있다. 칼슘은 물속에서 보통 탄산칼슘(CaCO₃), 황산칼슘 (CaSO₄)의 형태로 존재하고 마그네슘은 대부분 돌로마이트(dolomite)(CaMg(CO₃)₂)의 형태로 존재한다. 현재 WHO(World Health Organization)에선 센물이 ‘건강에 부정적 영향을 끼치지는 않는 것 같다’라고 판단하고 있다.

 

물의 경도를 판단하는 가장 간단한 방법은 비누나 치약을 물에 풀어 거품이 생기는지를 관찰하는 것이다. 단물에선 거품이 잘 일어나지만 센물일 경우 그렇지 않기 때문이다. 물의 더욱 정확한 경도의 값은 적정실험을 통해 구할 수 있다. 전경도(Total Hardness)는 물속에 녹아있는 칼슘이온과 마그네슘이온을 합친 값으로, ppm 혹은 mg/L의 단위를 사용한다.

 

물의 경도는 가장 많이 존재하는 2가 이온인 칼슘과 마그네슘 이온의 함유량만을 측정 하는 것이 일반적이지만, 철, 알루미늄, 망간이온도 측정지역에 따라 고려해야 하는 경우도 있는데, 특히 철의 경우는 3가지의 산화수가 있어, 앙금이 흰색 대신 갈색으로 생성될 수 있어서 중요하다.

 

용액의 경도를 구하는 데에 사용되는 대표적인 물질로는 EDTA가 있다. EDTA 는 'ethylene diamine tetra acetic 산' 의 약자로, 무색의 수용성 폴리아미노 카르복시산이다. 흔히 관석(파이프 내에 생기는 침전물)을 제거하기 위해 사용되는 이 용액은, chelating agent(철 이온 등을 용액에서 제거하는 물질)의 용도로 특히 많이 쓰인다. EDTA와 뒤엉킨 금속이온들은 비록 용액 내에 존재하긴 하나, 반응성이 줄어드는 현상을 이용하여 제거하는 것이다.

 

즉, 경도는 물의 세기를 나타내는 것으로 수중에 용해되어 있는 2가 양이온금속의 이온량에 대응하는 양을 CaCO₃로 환산한 값으로 경도가 높은 경수는 일반적으로 거품을 만드는데 상당량의 비누를 요구하며 온수관 가열기, 보일러 및 실질적으로 수온이 증가되는 기타 장치에서 물때를 만들어 내는 물을 가리킨다. 일반인들에게는 비누 소모용량의 경제적인 문제 때문에 가장 중요하며 또한 최적세정을 위한 적당한 조건을 얻기가 어렵기 때문에 중요하나 기술자에게는 물때제거문제가 최대의 과제이다.

 

합성세제의 출현과 함께 가정용을 위한 경수의 많은 불리한 점이 줄어들었지만 몇몇 세탁과 개인위생을 위해서는 아직도 비누가 더 좋은 것으로 생각되고 있으며, 경수가 이와 같은 목적을 위해서는 아직도 많은 문제점이 있다. 물때 문제는 수질화학지식의 진보와 물때 방지를 목적으로 한 수 많은 특허장치의 개발에도 불구하고 아직도 계속 고찰되고 있는 것이다.

 

비록 연수화 공정을 통한 경도제거에 대한 요구가 일반대중에게서 줄었다고 하더라도 그 필요성은 아직도 큰 것이다. 그 경향은 경도가 이유없이 높다고 생각되는 곳을 제외하고는 국소지역적인 연수화 시설보다는 개인 및 산업시설에 대한 것이다. 물의 경도는 장소에 따라서 상당히 달라진다. 일반적으로 지표수는 지하수 보다 경도가 낮다. 물의 경도는 그 물이 접촉하고 있는 지층의 성질을 반영한다. 물은 보통 경도의 정도에 따라 다음과 같이 분류된다.

 

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 검수 50㎖를 삼각 플라스크에 취한다(1㎖).

2) 여기에 KCN 용액을 몇 방울 가하고, 완충액 1㎖를 첨가하여 pH가 약 10이 되게 한다.(Fe, Ni, Co 등을 masking 함).

3) EBT 지시약을 한 두 방울 넣고, EDTA 표준용액으로 적정하여 적자색이 완전히 청색으로 변할 때 종말점으로 한다(EDTA 소비량 A ㎖ : 전경도 결정용).

4) 검수 50㎖를 취하여 KOH를 충분히 가하여 pH가 상당히 높게하고, 약 3분간 교반한다[Mg(OH₂)].

5) 여기에 KCN 수용액 0.3㎖를 가하고, NN지시약 0.2g을 넣은 후 EDTA로 적정한다. EDTA 소비량 B㎖: Ca 결정용)

 

 

 

[화공기초실험] 경도 레포트