[분석화학실험] exp 4 EDTA 실험 고찰

 

 

이번 실험은  EDTA 침전 적정법을 이용하여 생수와 수돗물 tr에 들어있는 칼슘과 마그네슘 이온의 농도를 측정하고자 한다.

 

EDTA와 금속 이온간의 착화합물

EDTA 는 에틸렌다이니트릴로아세트산이라고 한다. EDTA분자는 한 금속 이온과 결합할 수 있는 여섯 개의 자리를 가지고 있는 여섯 자리 리간드이다. 이 때 네개는 카복실기고 두 개는 비공유 전자쌍을 갖고 있는 아미노기다. EDTA용액은 적정 물질로서 EDTA가 양이온의 전하와 무관하게 1대 1 의 비율로 금속이온과 결합하기 때문에 이번 적적에 사용한다.  

예를 들어 실험에서 조사할 칼슘과 마그네슘과 다음과 같이 형성된다.

>> 칼슘과 마그네슘 형성되는 화학식추가<< 

EDTA는 알칼리 금속을 제외햔 모든 양이온들과 킬레이트를 형성할 뿐만 아니라 대부분의 킬레이트가 매우 안정하여 적정법 분석에 매우 유용하다. 이러한 안정성은 분자 내 여러 개의 착화합물 형성 자리로 인해 양이온을 둘러싸며 바구니 모양의 착화하물 형성하고, 이러한 구조은 양이온을 용매 분자로부터 효과적으로 격리시킬 수 있다.

물과 수돗물에는 칼슘가 마그네슘이 공존하고 있는데 EDTA를 사용하여 적정이 가능하다.

칼슘 평형상수5.0

마그네슘 평형상수 4.9

 

 

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EDTA 적정에서의 지시약

실험비에서는 지시약으로 EBT를 사용했다. EBT의 금속 착화합물은    의 형태에서와 같이 붉은 색이다. 적정에서 당량점까지는 지시약은 과량의 금속 이온과 착화합물을 이루고 있으므로 용액은 붉은색이 된다. EDTA가 지시제 보다 더 금속이온과 강하게 결합하고 지시제인 EBT는 킬레이트 하는게 더 약하다. 따라서 EDTA가 약간 과량이 될 때(즉 당량점에서) EBT와 결합하고 있던금속 이온이 떨어져 나와 EDTA와 결합하고 EBT는 해리된 상태로 존재한다.  용액은 다음과 같이 푸른색으로 변한다.

이것은 pH6.5-10.5에서 가능하다.

따라서 실험 b에서 칼슘과 마그네슘을 적정할 때 EBT는 지시약으로서 사용하여 칼슘과 마그네슘의 총량을 알 수 있다.

‘실험 C에서는 EBT를 지시약으로 사용하지 않는다.

EBT는 pH10에사 마그네슘과 칼슘을 적정할 때 MgIn-형성상수는 …이고 Ca2+의  형성상수는 2.5*105이다. 색변화를 검출할 수 있으려면 색을 띠는 화학종들 사이의 농도 차이가 10배 되야 한다.

즉…값이 10에서 0.1 변할 때 색변화를 감지 할 수 있어야 하는데.. 이 지시약은 마그네메숨을 적정하느 데 이상적이나 칼슘에 대해서는 그렇지 않다. 따라서 실험 C에서는 지시약으로서 Murexide를 사용하였다.

Murexide는 EBT와 같은 역할을 하는데 pH범위가 12-13으로 EBT는 사용 불가한 좀 더 염기인 범위이다. NaOH를 떨어뜨리면 CaOH2, MgOH2으로 수화물로 되어 침전된다. 먼저 MgOH2가 떨어지면 용액 속에 Ca2+녹아있으므로 Ca2+의 농도를 구할 수 있다.

 

결과 비교

표준 0.01M 의 EDTA용액과 1대 1반응하므로 들어간 EDTA용액 부피에 몰농도를 곱하여 EDTA 몰수를 알 수 있고 이는 칼슘몰수와 마그넴슘의 몰 수이다. 따라서 여기에 각각 분자량을 곱하고 부피 25ml로 나눔으로서 ppm농도를 구할 수 있다.  

그 결과로 수돗물보다 생수에 더 칼슘과 마그네슘이 많이 있는 것을 확인하였다. 이것을 단물과 센물의 차이로서 물속에 칼슘이온과 마그네슘이온이 많은물이 센물이다.  지하수물이나 우물물등 암석이나 토양을 통과한물이다. 암석과 토양속의 이온이 많이 녹아나온 생수가 센물에 해당한다.
단물은 물속에 칼슘이온과 마그네슘이온이 적게 들어간 물이며 빗물이나 정수한 수돗물이다.

이론값보다 실험으로 나온 칼슘과 마그네슘 농도가 더 높아서 오차는 생수에서 칼슘과 마그네슘은 30퍼 63퍼센트 나오고 수돗물에서 오차는 각각 88퍼 282퍼센트 나왔다.

생수와 수돗물 속에 칼슘과 마그넴슘이 일정하다고 가정하고 실험을 진행했지만 우리 실험 조에서 좀 더 많은 농도가 있지 않았나 생각한다. 특히 칼슘을 적정하는 실험C에서 색 변화가 확인하기 어려워서 원래 당량점을 지나친 점을 우리가 당량점으로 생각했을 수도 있다.