산-염기 적정

산-염기 적정

산-염기 중화 반응의 정량적인 실험은 적정(titration)이라는 과정을 통해 매우 쉽게 수행된다.

적정은 농도를 정확하게 알고 있는 용액인 표준 용액(standard solution)을 미지 용액에 두 용액간의 반응이 완전히 이루어질 때까지 서서히 첨가하여 미지 용액의 농도를 구하는 실험이다.

만일 적정에 사용한 미지 용액과 표준 용액의 부피를 알면, 표준 용액의 농도를 이용하여 미지 용액의 농도를 계산할 수 있다.

수산화 소듐(NaOH)은 실험실에서 일반적으로 사용하는 염기 중 하나이다.

그러나 순수한 NaOH 고체를 얻기 어렵기 때문에, 수산화 소듐 용액은 실험에 사용하기 전에 표준화 (standardized)하여야 한다.

수산화 소듐 용액은 정확한 농도를 알고 있는 산 용액으로 적정하여 표준화할 수 있다.

이 실험에 흔히 사용하는 산은 프탈산 수소 포타슘(potassium hydrogen phthalate, KHP)이라는 일양성자산이다.

분자식은 KHCHO 이고 흰색을 띠며, 고순도 형태로 구할 수 있는 용해성 고체이다.

프탈산 수소 포타슘은 약산이다.

KHP와 수산화 소듐 사이의 반응은 다음과 같다.

| KHCH4O4(aq) + NaOH(aq) → KNaCgH4O4(aq) + H2O(I)

알짜 이온 방정식은

HCH4O4 (aq) + OH (aq) → CgH4O4 (aq) + H2O(I)

적정에 대한 과정은 그림 4.18에 나타내었다.

그림4.18 (a) 산-염기 적정에 이용되는 기구. 뷰렛을 이용하여 삼각 플라스크의 KHP용액에 NaOH 용액을 가한다. (b) 당량점에 도달하면 붉은 분홍색이 나타난다. 여기에서는 시각적 효과를 위하여 색을 실제보다 진하게 표시하였다.

먼저 일정량의 KHP를 삼각 플라스크에 넣고 증류수를 넣어 용액을 만든 다음, 당량점에 도달할 때까지 NaOH 수용액을 뷰렛을 통해 KHP 용액에 조심스럽게 떨어뜨린다.

당량점(equivalence point)이란 산이 염기에 의해 완전히 반응되는 점, 즉 염기에 의해 중화되는 점을 말하며,

산 용액에 첨가하여 미량의 지시약으로 인해 색이 변화되는 점이다.

산-염기 적정에서 지시약(indicator)은 산성과 염기성 용액에서 각기 현저히 다른 색을 띠는 물질이다.

가장 보편적으로 사용하는 지시약은 페놀프탈레인으로, 이 지시약은 산성과 중성 용액에서는 무색이지만 염기성 용액에서는 붉은 분홍색을 나타낸다.

당량점에서 모든 KHP가 NaOH의 첨가에 의해 중화될 때까지 그 용액의 색은 무색이지만, 뷰렛으로 NaOH 용액이 한 방울이라도 더 첨가되면 즉시 그 용액은 붉은 분홍색으로 변한다. 왜냐하면 그 용액은 이제 염기성이기 때문이다.

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