화학및실험2 물질의 pH 측정

소개글

"화학및실험2 물질의 pH 측정"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 내용 요약
1.1. 목적
1.2. 실험 이론
1.3. 기구 및 시약
1.4. 실험 방법
1.5. 주의사항

2. 실험 결과

3. 고찰
3.1. 양배추 지시약의 원리 : 안토시아닌
3.2. 각 시료의 액성 분석, 오차 원인
3.3. pH미터의 오차
3.4. pH미터의 보정(pH Calibration)
3.5. 자연 지시약으로 사용될 수 있는 것들
3.6. pH 측정 방법에 대한 비교 & 분석

4. 참고 문헌

본문내용

1.1. 목적
주변의 다양한 물질을 pH 시험지, pH 미터 또는 천연 지시약을 이용하여 pH-산도를 측정한다.

1.2. 실험 이론
1.2.1. 물의 자동 이온화와 물의 이온곱 상수
순수한 물은 양쪽성 물질이며, 극소량이지만 다음과 같이 이온화하게 된다.

이를 '물의 자동 이온화(autoionization)'라고 한다.
이 반응식의 평형상수 K를 구하면 다음과 같다.

여기서 물 분자는 극히 일부만 이온화하기 때문에, 물의 농도는 거의 변하지 않는다.
이 때 []는 온도가 일정할때 일정한 상수 값이므로 양변에 [H2O]를 곱해주면 다음과 같은 식이 나온다.

여기서 []와 는 모두 상수이므로 상수 * 상수 = 상수식이 성립하게 된다. 따라서 여기서 물의 이온곱 상수 를 정의하게 된다.

물의 이온곱 상수는 온도에 따라 달라지며, 물의 이온화 과정은 흡열 반응이므로 물의 이온곱 상수는 온도가 높을수록 커진다. 25°C에서 =[H₃O+][OH-]=1.0×이므로, 25°C의 순수한 물에서 [H₃O+]=[OH-]=1.0×M 로 일정하다.

1.2.2. 수소 이온 지수 (pH)
pH는 물의 산성이나 알칼리성의 정도를 나타내는 수치로서 수소 이온 농도의 지수이다. 일반적으로 용액의 수소이온농도는 매우 작은 값이기 때문에 다루기가 불편하므로 pH라는 지수를 도입해 간단한 숫자로 용액의 산성도를 나타낸다. pH는 수소이온농도의 역수에 상용로그를 취한 값이며 다음과 같이 나타낼 수 있다.


물은 자동이온화과정을 통해 1.0×M의 수소 이온과 1.0×M의 수산화 이온을 만든다. 그래서 중성인 물의 pH는 (1.0×) = 7 이다. 순수한 물의 pH인 7을 기준으로 pH 값이 7보다 작은 용액은 산성용액, 7보다 큰 용액을 염기성용액이라 한다.

물질의 pH를 측정하기 위한 정확하고 편리한 방법으로 pH 미터가 있다. 조금 덜 정확하지만 서로 다른 pH 범위에서 특정한 색 변화를 일으키는 지시약들을 부착시킨 시험지를 이용하여 산/염기를 구분할 수 있고, 산-염기 지시약(acid-base indicator)이라고 알려진 화학물질을 이용하여 측정하기도 한다.

참고 자료

Organic Primitives: Synthesis and Design of pH-Reactive Materials using Molecular I/O for Sensing, Actuation, and Interaction - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/Chemical-diagram-of-color-changing-anthocyanin-pH-reaction-Under-different-pH-conditions_fig4_301896057 [accessed 14 Oct, 2022]
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wikipedia, “water ionization ”https://en.wikipedia.org/wiki/Self-ionization_of_water, 2022.10.14.
P, Surat. (2022, September 22). What is a pH Meter and how does it Work?. AZoLifeSciences. Retrieved on October 14, 2022 from https://www.azolifesciences.com/article/What-is-a-pH-Meter-and-How-Does-it-Work.aspx.
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hamiltoncompany, “alkaline error”, https://www.hamiltoncompany.com/process-analytics/ph-and-orp-knowledge/sources-of-ph-measurement-error/alkaline-error, 2022.10.14