페놀프탈레인 사용이유 - penolpeutallein sayong-iyu

산-염기 적정에서 페놀프탈레인 지시약을 사용하는 이유

Phenolphthalein

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※ 지시약으로는 정확한 용액의 중성인 지점을 알 수 없다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/16728 )

※ 적정에서 end point와 equivalent point의 차이

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4661 )

※ 페놀프탈레인 지시약의 변색 범위

> pH 8.0~10.0

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3839 )

페놀프탈레인 사용이유 - penolpeutallein sayong-iyu

[그림] 페놀프탈레인 지시약과 메틸 오렌지 지시약의 변색 범위.

( 메틸 오렌지의 변색은 혼란을 준다. 아래 그림 참고. )

CH3COOH ← NaOH 적정 곡선.

페놀프탈레인 사용이유 - penolpeutallein sayong-iyu

[그림] 페놀프탈레인 지시약과 메틸 오렌지 지시약의 변색 범위.

[1] 강산-강염기 적정 시

> 당량점(중화점)의 pH = 7.0

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2732 )

페놀프탈레인 사용이유 - penolpeutallein sayong-iyu

[그림] HCl ← NaOH 적정 곡선.

당량점에서 당량점을 막 벗어난 구간이 거의 수직인데,

페놀프탈레인 지시약의 변색 범위 내에 있다.

이 때문에, 페놀프탈레인 지시약으로 종말점을 확인할 수 있다.

[2] 약산-강염기 적정 시

> 당량점(중화점)의 pH > 7.0

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2736 )

페놀프탈레인 사용이유 - penolpeutallein sayong-iyu

[그림] CH3COOH ← NaOH 적정 곡선.

당량점이 페놀프탈레인 지시약의 변색 범위 내에 있다.

이 때문에, 페놀프탈레인 지시약으로 종말점을 확인할 수 있다.

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/9592 ] 산-염기 적정에서 BTB 지시약을 사용하지 않는 이유

[키워드] 페놀프탈레인 지시약 기준문서, 페놀프탈레인 기준문서, 페놀프탈레인 지시약 사전, 페놀프탈레인 사전

실험목표 

산과 염기의 중화반응을 이용해서 산이나 염기의 농도를 알아낸다

관련이론

브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론에 따르면 수소이온을 내놓을 수 있는 물질을 산이라 하고 수소이온을 받아들일 수 있는 물질을 염기라고 한다. 아세트산 이외에 염산, 황산, 인산 등이 대표적인 산이고 수산화나트륨, 수산화 칼륨, 암모니아 들이 대표적인 염기이다.

산과 염기는 서로 대립적인 특성을 가지고 있고, 산과 염기가 함께 혼합되면 물과 염(salt)이 생성되는 중화반응이 일어난다. 양잿물이라고 부르는 부식성이 강한 수산화나트륨 수용액에 역시 부식성이 강한 염산을 적당히 넣어주면 염화나트륨이 만들어져서 산과 염기의 부식성이 모두 없어져 버린 소금물이 된다. HCl +NaOH -> NaCl + H2O

산과 염기의 중화반응은 매우 빠르고 화학량론적으로 일어나기 때문에 중화반을을 이용해서 수용액 속에 녹아있는 산이나 염기의 농도를 정확하게 알아낼 수 있다. 그런 실험을 산-염기 적정(acid-base titration)이라고 부른다.

염산이 들어있는 수용액에 수산화나트륨 수용액을 조금씩 넣어주면 용액의 pH가 변화한다. 수산화나트륨을 넣기 전에는 용액이 강한 산성을 나타내다가 용액에 들어있는 염산의 양과 정확하게 같은 양의 수산화타트륨을 넣어주면 pH 7이 되고 수산화나트륨을 더 넣어주면 용액이 강한 염기성을 나타내게 된다.

용액속의 염산을 완전히 중화시킬 만큼의 수산화나트륨을 넣어준 상태를 당량점(equivalent point)이라고 하고, 이점에서는 다음과 같은 관계가 성립한다.

산의 노르말 농도 x 산 용액의 부피 = 염기의 노르말 농도 x 염기 용액의 부피

적정을 이용해서 산이나 염기의 농도를 알아내기 위해서는 농도를 정확하게 알고 있는 염기나 산 용액이 필요하다. 정확한 농도를 미리 알고 있는 용액을 표준용액 이라고 한다. 이실험에서 중화반응이 완전히 이루어졌다고 판단되는 상태를 종말점이라고 부른다. 이상적으로 종말점과 당량점은 같아야 하지만 여러가지 불확실도 때문에 실제로는 정확하게 일치하지는 않을수도 있다.

종말점을 정확하게 알아내기 위해서는 적정을 하는 동안에 용액의 pH를 계속 확인해서 적정곡선을 그리는 것이 바람직하다. 용액의 pH는 유리전극을 이용해서 용액 중의 수소 이온 농도를 직접알아내는 pH미터를 사용해서도 측정할수 있다. 만약 이것이 없을 경우에는 수용액의 pH에 따라서 색이 변하는 지시약을 사용하는 방법도 많이 사용된다. 그러나 그 자체가 약한 산이나 약한 염기인 복잡한 유기 화합물이므로 이것을 너무 많이 사용하면 적정의 불확실도가 커지게 되므로 최소량을 사용해야 한다.

실험방법

지시약을 이용한 산 염기 분석

①식초 5.00ml 를 피펫으로 정확하게 취해서 100ml 삼각플라스크에 넣고 무게를 잰다.

②20ml의 증류수를 넣은 다음 페놀프탈레인 지시약 2~3방울을 넣는다.

페놀프탈레인 지시약을 사용하는이유

산성에서 무색 pH9 이상의 염기성용액에서 붉은 색을 나타낸다. 즉 약산 강염기 적정시에 사용하는 시약으로 식초같은 경우 강산보다는 약산에 가깝고 수산화나트륨은 강산이다. 원래 중화반응을 하면 pH 7에서 바뀐다고 생각하기 쉬우나 약산-강염기 같은경우 pH7보다 높은 pH에서 중화점이 나타 나므로 페놀프탈레인 지시약을 사용하는것이 좋다.

③뷰렛에 0.5M 수산화나트륨 표준용액을 넣고 적정한다. 페놀프탈레인의 분홍색이 나타나기 시작하면 수산화 나트륨용액을 조금씩 넣어주면서 용액을 잘 저어준다. 분홍색이 30초 이상 지속된 후 없어지면 수산화 나트륨 한 방울을 더 넣어주고 종말점으로 여긴다.

삼각플라스크 밑에 흰종이를 깔아주면 육안으로 관찰 하기 더 쉽다.

pH 미터를 이용한 산 염기 분석 (앞의 방법과 동일한 용액을 이용)

앞의 방밥과 동일하게 적정하면서 pH 미터로 값을 읽는다.

시약

식초

식초는 3~5%의 초산과 유기산 아미노산 당 알코올 에스테르 등이 함유된 산성 식품

수산화나트륨

화학식 NaOH 분자량 약 40g/mol 대표적인 강염기로 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관하여야 한다.

만약 0.5M의 1L  NaOH 표준용액을 만들려면

0.5M의 1L 수산화나트륨 용액에 들어있는 몰수는 0.5mol/L x 1L= 0.5mol

0.5mol이 필요하기 때문에 NaOH는 1몰당 40g이므로 20g의 NaOH가 필요하겠네요

20g의 NaOH를 1L 부피플라스크에 넣고 표선까지 증류수를 채워주면됩니다.!