적정 (과학) 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
'''적정'''(滴定)은 정량분석<ref>{{서적 인용|url=|제목=과학용어사전|성=뉴턴편집부|이름=|날짜=2010.04.14|출판사=뉴턴코리아|확인날짜=}}</ref>에서 중요한 조작 중 하나로 양적 화학분석의 한 실험 방법이며 분석 대상 용액(analyte)의 농도를 결정하기 위해 쓰인다. 적정제(titrant or titrator<ref>{{저널 인용|제목=Compendium for Basal Practice in Biochemistry|저널=|성=Aarhus University|이름=|url=|날짜=2008|출판사=}}</ref>)라는 이름의 시약은 표준용액으로 농도와 부피를 아는 용액으로 준비해야한다. 적정제는 농도를 결정하기 위해 분석 대상 용액과 반응한다. 분석 대상 용액과 반응한 적정제의 부피를 적정 부피 (titration volume)라고 부른다.

== 적정의 과정 ==
[[파일:Titration Apparatus.png|섬네일|344x344픽셀|뷰렛과 삼각 플라스크를 사용한 적정 실험]]
일반적인 적정 실험은 부피를 정밀하게 측정한 분석 대상 용액과 [[페놀프탈레인]]과 같은 약간의 지시약이 담긴 비커나 삼각플라스크를 적정제가 담긴 [[뷰렛]] 밑에 놓고 시작한다.

실험을 시작하면 적정제를 조금씩 분석 대상 용액이 담긴 비커나 플라스크에 투여한다. 더 투여할 때마다 플라스크를 흔들어 두 용액이 잘 섞이게 해준다. 단 한 방울의 적정제로 인해 비커 속 반응물의 농도가 변하여 지시약의 색이 확연하게 변했을 경우에는 실험을 다시 진행하여야 하므로 주의깊게 실험을 진행한다. 반응물이 종말점에 이르면 분석 대상 용액의 농도를 측정한다.

<math>C_a = \left ( \frac{C_t*V_t*M}{V_a} \right )
</math>

<math>C_a

</math>는 분석대상 용액의 몰 농도; <math>C_t
</math>는 적정제의 몰 농도; <math>V_t

</math>는 실험에 사용된 적정제의 부피 (리터); <math>M
</math>은 분석 대상 용액의 몰수 / 적정제의 몰수 (균형 화학 반응식으로 구한다); <math>V_a
</math>는 실험에 사용된 분석 대상 용액의 부피 (리터)이다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/quantitativechem00dani_0|제목=Quantitative Chemical Analysis (7th) pg. 12|연도=2007|성=Harris.D.C|이름=|출판사=W.H. Freeman and Company|isbn=9780716770411|확인날짜=}}</ref>

=== 적정에서 유용한 테크닉 ===

* 일반적인 적정 실험에서는 적정제와 분석 대상 모두 액체 상태로 존재해야 한다. 고체 상태의 물질을 적정하기 위해서는 보통 수용액으로 만드는데, 에탄올이나 아세트산 같은 용매에 용해시키는 경우도 있다 (석유화학).<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/chemistryofpetro0000mata_s3k3|제목=Chemistry of Petrochemical Processes (2 ed.)|성=Matar, S.; L.F. Hatch|이름=|날짜=2001|출판사=Gulf Professional|isbn=0-88415-315-0|확인날짜=}}</ref> 만약 분석 대상 용액이 고농도라면 실험의 정확도를 위해서 일반적으로 희석시켜 사용한다.

* 산-염기 적정 이외에 많은 적정 실험들은 반응하는 과정에서 일정한 pH 상태를 요하기도 한다. 이를 위해서 [[완충 용액]](buffer solution)을 사용하여 pH를 유지하는데에 도움을 주기도 한다.

* 몇몇 산화환원 적정 실험에서는 용액을 가열하고 적정하는 동안에도 가열하는 경우가 있다. 이는 그냥 실험을 진행할 경우에 반응 속도를 증가시켜 주기 위함이다.
** 옥살산염 용액들은 섭씨 60도 정도의 온도를 유지하면서 실험을 진행해야 적당한 반응의 속도가 유지된다.

== 적정의 종류 ==

적정에는 다양한 종류, 과정과 목표가 있다. 가장 흔하게 우리가 접할 수 있는 질적 적정은 산-염기 적정과 산화환원 적정이다.

=== 산-염기 적정 ===
[[파일:PH reading of diluted wine sample during a titration assay.JPG|섬네일|pH 미터를 이용한 적정 실험]]
산(acid)의 수소 이온(<math>H^+</math>)와 염기(base)의 수산화이온(<math>OH^-</math>)은 반응할 때 1:1로 반응하여 물(<math>H_2O</math>)을 생성한다. 이를 중화반응이라고 하는데 농도를 알고 있는 산 또는 염기를 이용하여 모르는 염기 또는 산의 농도를 구하는 것이 산-염기 적정반응이다. 일반적으로 중화반응의 속도가 매우 빠르기 때문에 산-염기 지시약을 이용하여 변색반응을 통해 종말점을 육안으로 확인할 수 있게 실험을 진행한다.<ref>{{저널 인용|제목=약산과 강염기의 중화적정반응을 통한 pH값 결정하기|저널=|성=유선호|이름=|url=|날짜=|출판사=}}</ref> 하지만 종말점은 아날로그적인 방식으로 구하기 때문에 [https://www.scienceall.com/%EB%8B%B9%EB%9F%89%EC%A0%90-equivalence-point-%E7%95%B6%E9%87%8F%E9%BB%9E/ 당량점(중화점)] {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20210414140309/https://www.scienceall.com/%EB%8B%B9%EB%9F%89%EC%A0%90-equivalence-point-%E7%95%B6%E9%87%8F%E9%BB%9E/}}이라고 보기는 어려워 정확한 측정을 위해 pH미터를 사용하기도 한다.

강산과 강염기가 반응하는 경우에는 중화점의 pH가 7에 가깝지만 약산과 강염기, 혹은 강산과 약염기가 반응하는 경우에 중화점의 pH는 7보다 크거나 작게 된다.
{| class="wikitable"
!산
!염기
!실험의 종류
!균형 화학 반응식
!중화점의 pH
|-
|HCl
|NaOH
|강산 + 강염기
|HCl + NaOH → H₂O + NaCl
|pH 7
|-
|CH₃COOH
|NaOH
|약산 + 강염기
|CH₃COOH + NaOH → Na<sup>+</sup> + H₂O + CH₃COO<sup>-</sup>
|pH 7 보다 큼
|-
|HCl
|CN<sup>-</sup>
|강산 + 약염기
|CN<sup>-</sup> + HCl → Cl<sup>-</sup> + HCN
|pH 7 보다 작음
|-
|CH₃COOH
|CN<sup>-</sup>
|약산 + 약염기
|CN<sup>-</sup> + CH₃COOH ⇌ HCN + CH₃COO<sup>-</sup>
|pH 7 보다 작음
|}

=== 산화환원 적정 ===
산화환원 적정은 적정제와 분석 대상 용액의 산화환원 반응에 기초한다. 산화환원 적정의 종말점은 산화환원 지시약 또는 [https://www.scienceall.com/%EC%A0%84%EC%9C%84%EC%B0%A8%EA%B3%84potentiometer/ 전위차계(potentiometer)]{{깨진 링크|url=https://www.scienceall.com/%EC%A0%84%EC%9C%84%EC%B0%A8%EA%B3%84potentiometer/ }}를 이용해 구할 수 있다.

* 실험 구성 요소중 산화제가 중크롬산칼륨 (potassium dichromate)일때, 주황색에서 초록색으로의 용액의 색깔 변화가 명확하지 않기 때문에 디페닐아민 지시약 (sodium diphenylamine)을 사용한다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/vogelstextbookof0000voge_b7c0|제목=Vogel's textbook of quantitative chemical analysis (6 ed.)|성=J. Mendham, Vogel A.I|이름=|날짜=2000|출판사=Prentice Hall|isbn=0-582-22628-7|확인날짜=}}</ref>
*와인에 첨가되는 이산화황(sulfur dioxide)는 산화제로써 아이오딘(iodine)을 필요로 한다. 이 때 녹말가루가 지시약으로 사용될 수 있다; 녹말과 아이오딘이 반응하여 생기는 푸른 물질은 아이오딘의 과잉으로 생성되고 이는 종말점을 알려준다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/tablewinestechno0000amer|제목=Table wines: the technology of their production 2|성=Amerine M.A; M.A Joslyn|이름=|날짜=1970|출판사=University of California Press|쪽=[https://archive.org/details/tablewinestechno0000amer/page/n778 751]-753|isbn=0-520-01657-2|확인날짜=}}</ref>[[파일:The beauty of chemistry 2.jpg|섬네일|228x228픽셀|과망간산칼륨 산화환원 적정 실험]]

실험 구성 요소들이 실험과정에서 확연한 색의 변화를 보이는 이유로 지시약을 필요로 하지 않는 산화환원 적정실험들도 존재한다.

* 과망간산 적정 실험에서 산화제인 과망간산칼륨(KMnO<sub>4</sub>)이 과량 존재할 때 과망간산(MnO<sub>4</sub><sup>-</sup>)은 당량점을 넘어 붉은 적색에서 자주색으로 변하기 때문에 지시약 없이도 육안으로 종말점을 확인할 수 있다.<ref>{{서적 인용|url=|제목=German Chemical Society: Division of Analytical Chemistry|성=J.F. Bergmann|이름=|날짜=1959|출판사=University of Michigan|쪽=166-167|확인날짜=}}</ref>

산-염기 적정이나 산화환원 적정실험 이외에도 Gas Phase titration, Complexometric titration, Zeta potential titration과 같은 여러 적정 실험들이 존재한다.

== 종말점 측정 ==
[[파일:Phenolphthalein in Flask.jpg|섬네일|327x327픽셀|페놀프탈레인 용액(지시약)을 이용한 산-염기 적정 실험]]
적정 실험에서 종말점을 결정하는 데에는 여러 방법들이 있다.<ref>{{저널 인용|제목=Science & Technology Encyclopedia|저널=|성=McGraw-Hill|이름=|url=|날짜=30 Sep 2011|출판사=}}</ref>

*지시약 (indicator): 가장 일반적인 방법으로 산-염기 지시약(페놀프탈레인)이나 산화환원 지시약 등이 사용된다. 실험 시작 전에 비커나 삼각 플라스크에 분석 대상 용액과 함께 담긴다.

* 전위차계 (potentiometer): 산화환원 적정에서 사용되며 전극 퍼텐셜을 측정한다.

* pH 미터 (pH meter): 반응물에 존재하는 H+ 이온의 양을 측정해 pH로 나타낸다. pH의 갑작스런 변화가 생기면 종말점에 다달았다는 것이다.
* 전도율 (conductivity)
* 색 변화 (color change)
* 침전 (precipitation): 적정 실험 과정에서 고체 침전물이 생기기 시작할 때 당량점, 종말점에 도달했다고 판단할 수 있는 실험들이 있다. 은 이온 (Ag+)을 포함하고 있는 실험에서 일반적으로 나타난다.
* 등온선 열량계 (isothermal titration calorimeter): 반응을 통해 생성되거나 소모된 열을 측정해준다. 기질(substrates)과 효소(enzymes)의 반응같은 생화학 적정에 사용된다.

* Thermometric titrimetry: 등온선 열량계와 달리 온도의 변화율을 측정하여 종말점을 결정한다.<ref>{{저널 인용|제목=Thermometric Titrimetry|저널=|성=L.S Bark|이름=|url=|날짜=1965.09.15|출판사=Royal College of Advanced Technology, Salford, Lancashive}}</ref>
* 분광기 (spectroscopy)
* Amperometry: 분석 대상 용액이 산화되거나 환원되면서 나오는 전류를 측정한다. 종말점을 전류의 변화로 찾을 수 있다.

=== 종말점과 당량점 ===
보통 종말점과 당량점은 혼용되지만 이 둘은 약간 다른 의미를 가지고 있다. 당량점은 이론적인 지점으로 몰수, 부피, 농도가 완벽하게 일치한다. 하지만 종말점은 실험자가 실험을 통해 결정하는 것으로 보통 육안으로 확인하기 때문에 당량점과 비교했을 때 오차가 생긴다.<ref>{{서적 인용|url=|제목=Quantitavie Chemical Analysis (6 ed.)|성=Harris, D.C.|이름=|날짜=2003|출판사=Macmillan|쪽=129|isbn=0-7167-4464-3|확인날짜=}}</ref>

=== 역적정 (Back Titration) ===
[[파일:Analysis of eggshell sample by back titration.webm|섬네일|역적정을 이용한 달걀껍데기 실험]]
역적정은 적정 실험을 반대로 수행하는 것이다; 원래 용액을 적정하는 대신 과량의 표준용액을 반응시키고 남은 것을 적정하는 것이다. 역적정은 일반 적정실험보다 역적정의 종말점을 찾기 수월할 때 행해지는데 일반적으로 침전 실험(precipitation reaction)에서 사용된다. 또한 역적정은 적정제와 분석 대상 용액의 반응속도가 매우 느리거나 분석 대상 물질이 물에 녹지 않는 고체일 때 유용하게 사용된다.<ref>{{서적 인용|url=|제목=Analytical Chemistry for Technicians 1 (3 ed.)|성=Kenkel. J|이름=|날짜=2003|출판사=CRC Press|쪽=108-109|확인날짜=}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[일차 표준 물질]]
== 각주 ==
<references />

{{전거 통제}}

[[분류:기기 분석]]