[환경공학,수질] Chemical Unit & Concentration; Titration 과망간산 적정

 

 

Chemical Unit & Concentration; Titration

 

 

1. Introduction

 

농도의 표현 단위에는 여러 가지 방법이 있다. 
 

 g 당량과 g 분자량

g 당량 = g 분자량 / 산화수 ,  g 분자량 = mole

 

 몰랄농도는 요액 1 kg에 녹아 있는 용질의 몰수이다.
몰랄농도 m = 용질의 몰수 / 용매 1 kg [mol/kg]
용매가 물인 경우 1kg = 1L 이므로 매우 묽은 용액에서는 몰랄농도와 몰농도는 거의 같은 값을 갖는다.
 

 몰농도는 용액 1L 에 들어있는 용질의 몰수로 나타낸다.
몰농도 M = 용질의 몰수 / 용액1L [mole/L] = g분자량 / L

 
 노르말 농도는 용액 1L속에 있는 용질의 당량수로 나타내며, 당량수는 용액에서 일어나는 반응에 따라 정의한다. 산-염기 반응에서 1당량은 정확하게 양성자1mol을 내놓거나 받아들이는 산(H이온) 또는 염기의 질량으로 정의한다.
노르말 농도 N = 용질의 당량 / 용액 1L = 농도 / g 당량
1N = 1g 당량/L  

 
 밀도(ρ) : 단위체적당 질량 , 질량 / 부피
어떤 물질의 체적과 질량을 비교한 수치 -> 비질량
어떤 물질의 질량과 체적을 비교한 수치 -> 비용적, 비용 : 밀도의 역수
온도에 따라서 밀도는 변한다. 밀도가 변하는 이유는 온도에 따라 질량은 일정하지만 부피가 변하기 때문이다. 부피는 물의 경우 4°C보다 높아져도, 낮아져도 팽창한다. 즉 온도가 변하면 밀도는 작아지는 것이다. 물은 4°C에서 밀도가 가장 크다.

 
 비중(d)
  - 액체, 고체의 비중
액체, 또는 고체가 물보다 무거운지 가벼운지 나타내기 위해 물의 밀도와 대상물질의 밀도를 비교한 수치이다. 따라서 비중은 단위가 없는 무차원 계수이다.
SG = 대상의 밀도 / 4°C 물의 밀도
  - 기체의 비중
어떤 기체가 공기보다 무거운지 가벼운지 나타내는 지표이다. 공기의 밀도와 대상물질의 밀도를 비교하여 나타낸다.
SG = 대상의 밀도 / STP 공기의 밀도 

 
 미량 성분의 농도 (수질 : 중량비, 대기 : 용량비)
ppm(parts per million) = 10
pphm(parts per hundred million) = 10
ppb(parts per billion) = 10
ppt(parts per trillion) =10 

 
과망간산 적정법에서  KMnO4은 산성용액에서 아래의 반응식과 같이 환원된다.
           MnO4- +8H+ +5e-  ⇆   Mn2+ +4H2O  
보라색을 띄는 KMnO4은 Na2C2O4 (옥살산나트륨)와 반응하여 무색으로 탈색된다. 반응할 양보다 더 넣어 반응하지 않고 남은 Na2C2O4은 KMnO4으로 옅은 홍색이 나타날 때까지 적정한다. 이 반응은 실생활에서 COD를 측정하는데 쓰이게 된다. COD는 화학적 산소요구량으로 유기물의 간접 정량법으로서 중크롬산칼륨, 과망간산칼륨과 같은 산화제로 유기물을 산화시킬 때 필요한 산소량을 말한다. 비슷한 개념의 생물화학적 산소요구량인 BOD가 있는데 이것은 유기물을 분해할 때 미생물에 의해 안정화에 필요한 산소의 양을 말한다. 일반적으로 BOD < COD 의 관계를 나타내는데, BOD측정보다 COD가 분석시간이 짧아 단시간에 유기물함량을 측정할 수 있어 분석이 용이하다는 장점이 있다.  

 
시료조사

NaCO

 :　옥살산이나트륨 또는 수산나트륨이라고도 한다. 환원제 작용을 하거나 표준 과망가니즈산칼륨 용액의 주요 지표로서 사용된다.　화학식은 Na2C2O4 이다. 흰색의 결정성 가루이며, 분자량 134.0이다. 물에는 조금 녹지만, 에탄올과 에테르에는 녹지 않는다. 가열하면 400℃ 이상에서 일산화탄소를 방출하고 분해하여 탄산나트륨이 된다. 옥살산의 수용액에 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 가하면 생긴다.
 
KMnO

 :　진한 보라색, 무취, 공기 내에서는 안정된 결정이고, 물에 녹아, 짙은자색수용액을 나타내는 성분이다. 분자량은 158.03이다. 7가의 망간(Mn(Ⅶ))을 포함하기 때문에 강력한 산화력을 나타내고, 알코올, 알데히드, 케톤, 올리핀 등을 산화한다. KMnO4의 산화력은 용액의 산성도에 의존하여, 강산성에서는 Mn(Ⅶ)는 Mn(Ⅱ)으로, 중성 또는 약산성에서는 Mn(Ⅶ)는 Mn(Ⅳ)으로 환원한다. 따라서 중성 또는 약산성에서 산화반응을 할 경우, 갈색의 2산화망간이 반응계에 석출된다.
 

SMALL

 2. Materials & Methods

 

[실험기구 및 시약]
1) Apparatus :1L비커, 피펫, mass cylinder, mass flask, chemical balance
2) Reagent : NaCO, HSO, KMnO
 
[용액제조]
- 0.025 ~ 0.1 M NaCO
① NaCO 1.34을g 증류수에 완전히 녹인 0.1 M NaCO 0.1L 용액을 만든다.
② 각각을 2배, 4배 희석하여 0.05, 0.025 M NaCO 용액을 만든다.
 
- 0.025~ 0.1 N NaCO
①NaCO 6.7g을 증류수에 완전히 녹안 0.1 N NaCO1L용액을 만든다.
② 각각을 2배, 4배 희석하여 0.05, 0.025 N NaCO 용액을 만든다.
 
1) 몰농도 측정 실험
① 300ml mass flask에 증류수 100mL를 취한 뒤, HSO(1+2) 10mL를 넣는다.
 
② 각 mass flask에 0.025, 0.05, 0.1M의 KMnO를 10mL씩 넣는다.
➂ mass flask에 냉각관을 붙이고, 수욕의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 20-30분간 가열한다.
 
➃ 냉각관 분리 후 같은 농도의 NaCO 30mL를 넣고, 60~80°C를 유지하면서 0.025M KMnO를 사용하여 용액의 색이 연분홍색 (종말점)이 될 때까지 적정한다.
 

2) 노르말농도 측정 실험
① 300mL mass flask에 증류수 100mL를 취한 뒤, HSO(1+2) 10mL를 넣는다.


② 각 mass flask에 0.025, 0.05. 0.1N의 KMnO를 10mL씩 넣는다.                                                                                                                      
➂ mass flask에 냉각관을 붙이고, 수욕의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 30분간 가열한다
 
 
➃냉각관 분리 후 같은 농도의 NaCO 15mL를 넣고, 60~80°C를 유지하면서 0.025N KMnO를 사용하여 용액의 색이 연분홍색 (종말점)이 될 때까지 적정한다.