3. 약산의 해리 상수의 결정

목차

1. 서론
2. 실험 이론
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 실험결과
6. 참고문헌

본문내용

1. 서론

가시광선 분광기를 이용하여 약산성을 띠는 지시약의 해리상수를 측정한다.

2. 실험 이론

지시약으로 쓰이는 티몰블루(thymol blue)는 수용액에서 약산으로 작용하여 부분적으로 해리하는데, 이때 이온화된 성분과 이온화되지 않은 성분은 가시광선 영역의 서로 다른 파장에서 최대 흡광도를 나타낸다. 이 지시약의 평형점을 나타내는 Ka나 pKa값은 가시광선 영역에서 분광기를 이용하여 측정할 수 있다. 즉, 파장 400~700 nm 사이에서 온도를 일정하게 하고 묽은 HCl, 묽은 NaOH, pH가 고정된 완충 용액에 일정 농도의 티몰블루를 용해시키고 흡광도를 측정하면 이 결과로부터 지시약의 해리상수 Ka를 계산할 수 있다.

티몰블루는 분석 실험에서 널리 이용되는 지시약으로 수용액에서 약산성을 띠며 부분적으로 해리된다.

이때 A-는 C27H29O5S-이다. 해리 평형의 위치를 나타내는 산 지시약 상수 또는 해리상수 Ka는 다음과 같다.

ai는 이온 i의 활동도를 의미한다. 따라서 농도가 묽을 때는 ai=Ci이다. pKa와 Ka의 관계는 다음과 같다.

따라서 식 (1)로부터 다음 식 (3)과 같은 Henderson-Hasselbach 식을 얻는다. 이 식은 주어진 산의 세기 pKa에서 pH와 완충용액의 구성 성분비 CHA/CA-의 상관관계를 나타낸 것이다.약산의 전체농도 C0는 다음 식과 같다.

또 약산의 전체농도 C0는 다음과 같다.
1x10-4M HCl의 산성 용액(pH=4<pKa)에는 이온화되지 않은 HA만 존재하기 때문에 식 (4)는 다음 식 (4.1)과 같다.또 1x10-3M NaOH와 같은 염기성 용액(pH=11<pKa)에서는 모두 이온화되어 짝염기 A-를 형성하는 쪽으로 평형이 이동된다.
한편 pH 9.00의 완충 용액(pH=pKa)에서는 이온화되지 않은 산과 이온화된 짝염이 같은 농도로 존재한다. 그런데 이 두 성분은 가시광선 영역에서 현격히 다른 흡수 스펙트럼을 갖기 때문에 이 성질을 이용하여 티몰블루의 해리상수 Ka와 pKa를 쉽게 구할 수 있다.

참고 자료

Silbey, Alberty, Bawendi, 물리화학, 2006, 자유아카데미, p.704, 938
영남대학교 화학과, 교양학부, 일반화학실험, 2015, 자유아카데미, p. 7~13
HCl – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
2021년 05월 02일, msds.kosha.or.kr/kcic/msdsdetail.do
NaOH – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
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Ethanol – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
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증류수 – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
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