[분석화학실험]EDTA 표준용액 제조 및 농도 결정 2부

실험 방법

1. 0.02M Na2EDTA 표준용액 제조

1) 순수한 Na2H2Y·2H2O 약 3.75g의 질량을 0.1mg 단위까지 정확히 달아 500㎖ volumetric flask에 넣고 물을 200~300㎖ 정도 가하고 주기적으로 흔들어 완전히 녹이고 정량적으로 표선까지 묽힌다.

 

2. 0.02N Na2EDTA 표준용액 농도 결정

1) CaCO3 약 0.50g을 0.1mg까지 정확히 질량을 재고 1M HCl 20㎖에 넣어 가온하여 용해시키고 O2기체의 발생이 그치면, 냉각시키고 250㎖ volumetric flask에 넣고 증류수로 정확히 표선까지 묽혀 Ca 표준용액을 만든다.

2) Ca 표준용액 25㎖를 취한 다음, 증류수를 가하여 약 50㎖로 하고 NH3-NH4Cl 완충용액(pH 10) 1㎖, EBT 지시약(Eriochrome black T) 3~5방울 가하여 대략적으로 만든 0.02M Na2EDTA 표준용액으로 적정, 적색이 청색으로 되는 점을 종말점으로 정하여 농도를 결정한다.

실험 결과

1. 0.02M Na2EDTA 표준용액 제조

1) Data

구분	소모된 EDTA 부피 (㎖)	Factor	EDTA용액의 실제 농도 (0.02M × Factor)	오차율 (%)
V1	18.6	1.34	0.0269	34.5
V2	19.5	1.28	0.0256	28
평균 V	19.05	1.31	0.0262	31

2) 계산 과정

금속이온과 EDTA의 결합은 언제나 1:1 착화합물을 형성하므로 0.02M EDTA 1㎖는 Ca 표준용액 1㎖와 반응한다.

표준용액 1㎖에 들어있는 Ca2+의 양을 구하면,

0.02M EDTA 1㎖

= (0.02㏖ CaCO3/1L soln)(100.09g CaCO3/1㏖ CaCO3)(1L soln/1000㎖ soln)

= 0.0020018g CaCO3 /㎖ soln

 

0.02M Na2EDTA 표준용액의 정확한 평균농도를 구하기 위해서는 factor값을 알아야 한다. factor구하는 식은 다음과 같다.

a=CaCO3, meq = 0.0020018g CaCO3/㎖ soln, B=buret에서 소모된 Na2EDTA의 부피

 

0.02M Na2EDTA 표준용액의 정확한 평균농도 = (0.02M Na2EDTA) × factor

 

위 식에 실험을 통해 구한 factor값을 대입하여 Na2EDTA 표준용액의 정확한 평균농도를 구할 수 있다.

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험의 목적은 EDTA표준용액을 이해하고, CaCO3 일차 표준물질을 이용하여 EDTA표준용액의 정확한 농도를 결정하는 것이다. 실험에서 사용하는 EDTA용액은 거의 모든 금속과 1:1 반응을 하므로 일차표준물질(즉, 칭량하여 곧바로 사용할 정도로 순수하고(순도 99.9% 이상), 농도를 정확히 알고 있는 물질)의 양과 반응하는 용액의 양을 알면 EDTA표준용액의 농도를 결정할 수 있는 것이다.

 

본 실험에서 factor를 구하는 것은 EDTA표준용액의 이론상 농도는 0.02M이지만 실험을 통하여 정확한 용액의 농도를 결정하기 위함이다. 실험에서 구해진 factor의 값이 1에 가까울 수록 그 실험은 오차가 거의 없는 실험이라 할 수 있겠다. 우리 조에서 2번의 실험을 통하여 얻어진 평균 factor는 1.31로 1보다 크게 값이 나왔다. 따라서 EDTA용액의 농도는 0.0262M로서 이론값보다 크게 나왔다.

 

따라서 우리 조원은 EDTA반응양이 작게 나온 오차의 원인에 대하여 분석을 해보았다. 오차발생원인중 하나는 Na2EDTA용액과 반응하는 CaCO3 일차표준용액의 순수한 정도가 실험에서 오차를 발생시켰다. 실험에서 사용한 CaCO3의 순수한 정도가 작으면 같은 질량의 CaCO3을 사용한다고 하더라도 EDTA용액과 반응하는 몰 수가 작기 때문에 반응하는(소모되는) 뷰렛의 EDTA용액의 양도 적어지게 되는 것이다.

 

또 다른 오차발생요인으로서는 지시약의 색변화가 모호하게 나타난 것이 있다. 실험을 할 때 교반기를 사용하면서 적정을 하였음에도 불구하고 지시약의 색변화는 처음에 적색에서 금속이온과의 반응이 끝났을 때 청색이 되었는데, 약 1~2분정도 시간이 지났을 때 다시 적색으로 돌아갔다. 때문에 시간을 갖고 계속적정을 하게 되었다. 지시약의 색 변화가 모호하게 나타남에 따라 EDTA용액의 반응양이 적게 나타난 것이다.

초기 적정 전	→	지시약 색 변화
	→	1~2분 후 다시 변화	→	최종 적정 후

 

기타 오차 발생 원인으로는 EDTA용액이 유리재질의 플라스크 속에 존재하는 금속이온과 반응하여 그 반응양이 적게 나타날 가능성이 있다. 그리고 factor 값이 만약 1보다 크게 나왔다면 지시약의 색변화를 통한 종말점을 확인하여 용액의 농도를 결정하는 데에서 비롯된다. 종말점을 통해 얻은 실험결과는 이상적인 결과인 당량점의 값과는 다르기 때문이다(종말점 > 당량점).

 

다음으로 우리는 완충용액 및 지시약에 대하여 토의를 하였다.

EDTA용액과 금속이온이 안정한 착화합물을 형성하는 데는 최적의 pH가 필요하다. EDTA용액은 pH가 낮을 때 덜 안정하다. EDAT와 Metal EDAT 그림을 비교하여 볼 수 있듯이 그 이유는 EDTA용액이 금속이온과 반응을 할 때 H+이온이 나오는데 이 H+이온은 EDTA용액과 반응하는 금속과 경쟁을 하기 때문이다. 따라서 효과적인 반응을 위한 최적의 pH를 유지하기위하여 실험에서 완충용액을 가한 것이다. 그리고 0.01M의 Ca2+를 99.9% 적정하는 데 필요한 최소 pH는 pH7~8 이므로 pH가 약 10인 NH3-NH4Cl완충용액을 사용한 것이다.

그림 2 Metal-EDTA

EBT지시약은 EBT 지시약을 반응액에 넣으면 반응액 속의 금속과 반응해 지시약은 붉은색을 띠고, 여기에 EDTA 표준용액을 넣으면 EBT에 결합되었던 금속이온이 EDTA와 결합해 EBT 지시약은 떨어져 나간다. 이로 인해 반응종점에서 용액 색깔은 EBT 본래의 색인 푸른색으로 변한다. EBT 지시약을 붉은색 수용액에 넣으면 pH 6 이하에서는 붉은색, pH7~11에서는 푸른색, pH 12 이상에서는 주황색을 띤다.

그러나 금속이온과 결합해 1:1의 안정된 착물을 만들면 붉은색을 띤다. 이 때문에 pH 6.5 이하, 12 이상에는 금속착화물과 색깔이 비슷해 지시약으로 사용할 수 없고, 일반적으로 금속착화물이 붉은색을 띠고 지시약은 푸른색을 띠는 pH 7~11에서 사용한다. 우리는 Ca2+를 완전히 반응시키기 위해 대략 pH10인 NH3-NH4Cl 완충용액을 사용하였으므로 이 pH대에서 반응을 확실히 읽어낼 수 있는 EBT 지시약을 사용한 것이다.

 

참고 문헌

1. Daniel C. Harris저, 김광진등역, 최신분석화학, 자유아카데미, 2004년, p.101~121, 173~189

2. 저용순, 고급분석화학, 반도출판사, 1999년 p.3~37

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