실험1. EDTA의 조제와 표정 및

킬레이트 적정법을 이용한수돗물의 전경도와

칼슘경도의 측정

김재윤, 김태희, 남승한

목차

1. 목적

2. 이론

3. 시약 및 기구

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 토의사항

1. 목적

2. 이론 전경도

- 경도 : 물이 함유하고 있는 알칼리 토금속의 양을 표준물질인 CaCO3의양으로 환산하여 ppm의단위로 나타낸 것.

- 전경도 : 물에 포함되어 있는 칼슘, 마그네슘 이온의 농도를CaCO3 양으로 환산하여 ppm 단위로 나타낸 것

- CaCO3의 양으로 환산하여 나타낸 이유는?

금속이온 리간드 착이온

2. 이론 배위결합/리간드/착물

- 킬레이트 : 한 개의 리간드가 금속 이온과 두 site 이상에서배위결합을 하여 생긴 착화합물

- EDTA : 배위결합이 가능한 site가 6개인 킬레이트- 킬레이트 적정 : 킬레이트 화합물 생성에 바탕을 둔 적정법

- 왜 EDTA로 적정을 하는가?

2. 이론 킬레이트/킬레이트 적정

금속지시약이란?

– 금속 이온 농도의 변화에 따라 예민하게 변색되는 색소

(금속 지시약도 금속과 결합하는 킬레이트 리간드)

- EBT

- N.N. 지시약

2. 이론 금속 지시약

+ →

+ →

2. 이론 금속 지시약의 작용방법

금속이온

금속이온

금속이온

금속이온

EBT 지시약 EBT 가 결합된 착화합물

EDTA

1) 금속이온과 킬레이트 화합물을 형성할 수 있어야 한다.

2) EDTA보다 약한 결합을 형성해야 한다.

3) 금속이온과 결합할 때와 해리할 때 색 변화가 명확해야 한다.

2. 이론 금속 지시약의 조건

2. 이론 결합상수 Kf

- Formation constant (Stability constant)

+

→

2. 이론 적정법의 종류 – 직접 적정법

금속이온

금속이온

금속이온

→(REMAIN)

+(EXCESS)

금속이온

금속이온

2. 이론 적정법의 종류 – 역 적정법

(REMAIN)

+ 금속이온

→ 금속이온

+

→

2. 이론 적정법의 종류 – 치환 적정법

금속이온

금속이온

금속이온+

금속이온+

EDTA·2Na : C10H14N2O8Na2

- 분자량 : 336.2 g/mol

- 백색의 결정성 분말

- EDTA는 거의 모든 금속과 안정한 착화합물을 형성,

미량의 금속이온을 검출할 때 사용

CaCl2- 분자량 : 110.99 g/mol

- 녹는점 : 782 ℃, 끓는점 : 1600 ℃

- 실험에서 CaCO3 (불용성 염)대신 칼슘이온을 얻기

위해 사용.

3. 시약 및 기구 실험 시약

EBT 지시약(Eriochrome Black T indicator)

- 금속이온과 반응해 색깔을 띠는 킬레이트

화합물을 만들고, pH에 따라 색깔이 다름

▶반응종점을 확인

- pH 6.5 ~ 10.5 에서만 이용함.

금속이온과 결합 → 금속이온과 결합하지 않음

3. 시약 및 기구 실험 시약

N,N 지시약

- pH 12~13구간에서 붉은색이 청색으로 바뀜.

->

- EBT를 사용할 수 없는 pH 12이상에서 사용.

- EDTA-Ca 안정도와 지시약-Ca 안정도의 차이를

이용해 EDTA양으로 칼슘의 경도를 얻음.

3. 시약 및 기구 실험 시약

6N-NaOH

- 분자량 : 40.0 g/mol

- 녹는점 : 323 ℃, 끓는점 : 1390 ℃

- 강한 염기성물질, 실험에서는 수돗물 pH를 조절하여

이온을 침전시키기 위해 사용.

NH4OH-NH4Cl 완충용액

: 두 물질이 섞여서 용액을 염기성으로 만들어 pH조정,

완충액 역할을 함. 실험에서는 pH 10정도의 완충용액을 만든다.

3. 시약 및 기구 실험 시약

- 킬레이트의 결합상수는 용액의 pH에 의존

** 적정 시 완충용액을 쓰는 이유NH3 – NH4Cl 완충액

NH3 + H+ → NH4+

NH4+ + OH- → NH3 + H2O

pH = pKa + log[A-]/[HA]

500mL 눈금플라스크 2개,

100mL 눈금플라스크, 삼각플라스크,

25mL 뷰렛, 피펫, 전자저울,

비이커, 유리막대

3. 시약 및 기구 실험 기구

4. 실험방법1) EBT 지시약의 조제

2) 완충용액(pH 10)의 조제

4. 실험방법

3) 0.01 M CaCl2 표준용액의 조제: CaCl2 0.5549 g을 정량해 메스플라스크(500 mL)에 옮겨 증류수로눈금까지 묽힌다.

4) 0.01 M EDTA 조제: EDTA·2NA염 약 1.9 g을 취하여 증류수에 녹인 다음메스플라스크(500 mL)에 옮기고 증류수로 눈금까지 묽힌다.

5) 6N - NaOH 조제: NaOH 24 g 을 취해 증류수로 녹인 다음 메스플라스크(100 mL)에옮기고 증류수로 눈금까지 묽힌다.

4. 실험방법 6) 0.01 M EDTA 표정

6) 0.01 M EDTA 표정 : 0.01 M CaCl2 표준용액 20 mL + 증류수 30 mL+ 완충용액 5 mL를 메스실린더에 취한 후 삼각플라스크 (200 mL)로 옮겨 EBT지시약 2~3방울을떨어트린다.

표준용액 20 mL

증류수 30 mL

완충용액 5 mL

6) 0.01 M EDTA 표정 : 붉은 용액을 EDTA 표준용액으로 적정한다.(붉은색 -> 푸른색)

4. 실험방법 6) 0.01 M EDTA 표정

7) 수돗물의 전경도 측정 : 수돗물 50 mL + 완충용액 5 mL + EBT 지시약0.01 M EDTA로 적정해 종말점의 부피를 측정한다.

4. 실험방법

완충용액 5 mL

수돗물 50 mL

8) Ca 경도 측정 : 수돗물 50 mL + 6N-NaOH + N.N 지시약0.01 M EDTA로 적정해 종말점의 부피를 측정한다.

4. 실험방법 7) Ca2+ 경도 측정

6N-NaOH

수돗물 50 mL

0.0100 20.0

EDTA

1차 22.3

2차 18.8

3차 20.0

평균 20.4

5. 실험결과 1) EDTA 표정

- CaCl2표준용액

- 사용된 EDTA

5. 실험결과 1) EDTA 표정

- 들어간 EDTA 입자 몰 수 = Ca2+ 입자 몰 수CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-

MV = M'V'M = 사용된 CaCl2 몰농도 = 0.0100 MV = 사용된 CaCl2 부피 = 20.0 mLM' = 구하고자 하는 EDTA 몰농도V' = 사용된 EDTA 평균부피 = 20.4 mL

M' = MV/V' = 0.0100 M X 20.0 mL/20.4 mL = 980 x 10-5 M

5. 실험결과 1) EDTA 표정

- Factor i = EDTA 농도 측정값/EDTA농도 이론값

= 980 x 10-5 M/0.0100 M = 0.980

- 사용된 EDTA

EDTA

1차 3.60

2차 3.50

3차 3.30

평균 3.50

5. 실험결과 2) Ca2+ Mg2+ 농도 측정

5. 실험결과 2) Ca2+ Mg2+ 농도 측정

- 들어간 EDTA 입자 몰 수 = Ca2+ 입자 몰 수 + Mg2+ 입자 몰 수

MV = M'V'

M = 보정된 EDTA의 몰농도 = 0.0100 M X i = 0.00980 M

V = 사용된 EDTA의 평균부피 = 3.50 mL

M' = 수돗물에 들어있는 Ca2+, Mg2+농도 합

V' = 사용된 수돗물의 부피 = 100 mL

M' = MV/V' = 0.00980 M X 3.50 mL/100 mL = 34.3 x 10-5 M

- 사용된 EDTA

EDTA

1차 2.70

2차 2.70

3차 3.00

평균 2.80

5. 실험결과 3) Ca2+ 농도 측정

5. 실험결과 3) Ca2+ 농도 측정

- 들어간 EDTA 입자 몰 수 = Ca2+ 입자 몰 수

- MV = M'V'

M = 보정된 EDTA의 몰농도 = 0.0100 M X i = 0.00980 M

V = 사용된 EDTA의 평균부피 = 2.80 mL

M' = 수돗물에 들어있는 Ca2+ 농도

V' = 사용된 수돗물의 부피 = 100 mL

- M' = MV/V' = 0.00980 M X 2.80 mL/100 mL = 27.4 x 10-5 M

5. 실험결과 4) Mg2+ 농도 계산

[Ca2+] + [Mg2+] = 34.3 x 10-5 M

[Ca2+] = 27.4 x 10-5 M

[Mg2+] = 6.90 x 10-5 M

5. 실험결과 5) 전경도 계산

- 전경도 및 경도 계산에는 밀도가 필요

- 밀도 = 1 g/mL =1000 g/L라고 가정

- 1 ppm = 10-6

- 몰농도 X CaCO3 화학식량 X 106 μg/g/밀도

mol/L X 100 g/mol X 106 μg/g X 1.00 mL/g X 0.00100 L/mL

- 구해준 몰농도에 105을 곱하면 ppm 단위로 환산됨

5. 실험결과 5) 전경도 계산

- 전경도 : [Ca2+] + [Mg2+]의 ppm

34.3 x 10-5 M X 105 = 34.3 ppm

- Ca2+의 경도 : [Ca2+]의 ppm

27.4 x 10-5 M X 105 = 27.4 ppm

- Mg2+의 경도 = [Mg2+]의 ppm

6.90 x 10-5 M X 105 = 6.9 ppm

6. 토의사항

경 도 300㎎/L이하 66.3 42.1 49.0 50.8 54.6 42.0

구분(정수센터명)

검사항목

먹는물

수질기준

수 질 검 사 결 과 (58개 항목)

광암 암사 구의 뚝도 영등포 강북

Reference : http://arisu.seoul.go.kr