화학공학 기초 실험 - 경도 측정(EDTA 표준용액으로 적정하고 그 과정의 색 변화를 보고 경도를 측정)
분야
docx경도는 물속에 함유되어 있는 미네랄에 의해 나타나는 물의 세기를 말하며, 그 물질은 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘 이온(Mg2+), 철 이온(Fe2+) 등이 있다. 이런 이온들이 많으면 비누와 작용하기 힘든데, 비누 음이온이 이런 금속 이온들과 작용하여 기름기 있는 침전물을 만들기 때문이다. 물속에 녹아있는 이 미네랄의 양이 기준보다 많이 녹아 있으면 경수(센물, Hard Water)로 분류하며 기준 이하면 연수(단물, Soft Water)라 한다. WHO(World Health Organization)에서 경수가 인체에 미치는 영향은 밝혀지지 않았다고 말했지만 칼슘과 마그네슘의 총 농도는 2-4 mmol/L로 권하고 있고, 보일러, 냉수탑이나 물에 초점을 둔 산업에서 심각한 문제를 야기시킬 수 있기 때문에 경도의 측정과 연화(Softening)는 중요하다.
이 실험에서 위에 언급한 금속 이온들과 1:1 착화합물을 형성하는 EDTA 표준용액으로 적정하고 그 과정의 색 변화를 보고 경도를 측정한다.
2. 실험 이론
킬레이트적정법(chelatometry)은 1945년 G. Schwarzenbach에 의해 처음으로 창안되어 분석화학분야에서 널리 실용화되었다. 어떤 금속 지시약은 금속이온과 반응하여 정색현상을 나타내므로, 이것을 이용하여 킬레이트 표준용액으로 적정할 수 있다. 일반적으로 금속이온은 금속이온은 킬레이트 시약과 반응하여 안정한 금속킬레이트 화합물을 형성하므로, 당량점에서 금속지시약이 유리되어 본래의 지시약의 색깔로 환원되어 변색된다.
이와 같이 킬레이트 표준용액을 사용하여 금속이온을 적정하는 용량분석법을 킬레이트 적정법 또는 착염적정법(complexmetry)이라 한다. 킬레이트 시약으로서는 주로 EDTA, NTA, CyDTA 등을 사용하여 많은 금속이온을 직접 적정할 수 있고, 간접법을 이용하면 SO42-, PO42-, CN- 및 SCN- 등 여러 가지 음이온도 정량할 수 있다.
I. 일시적 센물
칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 많이 함유한 센물 중에서 음이온으로 탄산수소이온을 함유하여 끓이면 열분해가 일어나 쉽게 단물이 되는 물.
Ca(HCO3)2 → CaCO3(↓) + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 → MgCO3(↓) + H2O + CO2
화학의 이해 12th Edition, 가정에서 쓰이는 화학물질(21장 576-577) John W.hill,라이프사이언스(2011)
2011 아리수 품질 보고서(p 19), (2012.05.29). 서울특별시
http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_water (Hard water, Wikipedia)
