적정 곡선 시뮬레이터
이 시뮬레이션의 방정식
| C_a | 시료 농도 C_a (mol/L) | 적정으로 알아내려는 값. 여기서는 정해 두었으니 결과를 확인할 수 있다 | |
|---|---|---|---|
| V_a | 시료 부피 V_a (mL) | 피펫으로 플라스크에 옮겨 담은 양 | |
| C_b | 적정액 농도 C_b (mol/L) | 뷰렛의 용액: 산에는 NaOH, 염기에는 HCl | |
| n | 분자 하나가 내놓는 양성자 수 | HCl과 아세트산은 1. 인산은 세 개이며, 앞의 두 개가 곡선에서 따로 된 계단으로 나타난다 | |
| V_e | 당량점 부피 | 시료를 정확히 중화했을 때까지 넣은 적정액 |
현재 값을 넣으면:
| [H₃O⁺] | 하이드로늄 이온 농도 | 방울마다 아래의 전하 균형을 풀어서 구한다 | |
|---|---|---|---|
| [OH⁻] | 수산화 이온 농도 | 물은 25 °C에서 둘의 곱을 10⁻¹⁴로 유지한다 | |
| pH | 플라스크의 pH | 곡선은 천천히 오르다가 당량점 근처에서 가파르게 오르고 그다음 평평해진다 |
현재 값을 넣으면:
| [A⁻] | 약산의 음이온 | 양성자마다 C × Ka ÷ (Ka + [H₃O⁺]). 용액은 전기적으로 중성이어야 하므로 [H₃O⁺]가 정확히 정해진다 | |
|---|---|---|---|
| [Na⁺], [Cl⁻] | 강염기와 강산의 이온 | 반응하지 않으므로 넣은 몰수를 전체 부피로 나눈 값일 뿐이다 |
| pKa | 산 해리 상수 (−log₁₀ Ka) | 당량점 부피의 절반에서 [A⁻] = [HA]이므로 그곳의 pH가 pKa다. 적정은 이렇게 pKa를 잰다 | |
|---|---|---|---|
| [A⁻] ÷ [HA] | 염기형과 산형의 비 | 헨더슨-하셀바흐 식은 완충 구간, 즉 약산 곡선의 평평한 부분에서 성립한다 |
현재 값을 넣으면:
| pK_In | 지시약 자신의 pKa | 변색 범위의 가운데. 좋은 지시약은 곡선의 가파른 부분에서 변색한다 | |
|---|---|---|---|
| changed | 염기 쪽 색으로 바뀐 지시약의 비율 | 종말점은 절반이 변색한 곳. 종말점과 당량점의 차이가 적정 오차다 |
현재 값을 넣으면:
적정 시뮬레이터 사용법
- 플라스크에 넣을 시료와 그 농도와 부피, 뷰렛에 넣을 적정액의 농도를 고릅니다. 산에는 수산화 나트륨, 염기에는 염산을 씁니다. 지시약도 고릅니다. 콕이 바로 열리고, 교반기가 섞는 동안 적정액이 플라스크로 떨어집니다.
- pH 미터와 플라스크 색을 지켜봅니다. 그래프는 회색으로 된 전체 곡선 위에 적정 곡선을 그려 나갑니다. 빨간 선은 당량점 부피, 분홍 선은 지시약 변색 범위의 가운데입니다. 지시약 색이 바뀌면 콕 잠그기를 체크해 두면 종말점에서 콕이 잠깁니다. 계속하려면 재생을 누르거나, 끝 무렵에 한 방울씩 넣어 봅니다.
- 종말점과 당량점을 비교해 적정 오차를 보고, 반당량점의 pH를 읽습니다. 이 값이 약산의 pKa입니다. pH 계산기와 몰농도 계산기는 용액 하나에 대해 같은 계산을 하고, 완충 용액 계산기는 완충 구간을 구합니다.
자주 묻는 질문
당량점이란 무엇인가요?
적정액이 시료를 정확히 중화한 순간으로, 넣은 염기의 몰수가 있던 산의 몰수와 같아집니다: C_a V_a = C_b V_e. 강산과 강염기라면 그때 pH는 7입니다. 약산은 남은 짝염기가 약한 염기성을 띠므로 7보다 높고, 약염기는 7보다 낮습니다.
종말점과 당량점은 어떻게 다른가요?
당량점은 화학적 사실이고, 종말점은 눈에 보이는 것, 곧 지시약이 변색하는 순간입니다. 잘 고른 지시약은 곡선의 가파른 부분에서 변색하므로 둘의 차이는 한 방울의 몇 분의 일입니다. 페놀프탈레인은 약산과 강염기에, 메틸 오렌지는 강산과 약염기에 알맞습니다. 강산과 강염기라면 도약이 대략 pH 3에서 11까지라 거의 어느 것이나 됩니다.
적정으로 pKa를 어떻게 알 수 있나요?
당량점까지 절반 왔을 때 약산의 절반이 짝염기로 바뀌어 [A⁻] = [HA]가 되므로, 헨더슨-하셀바흐 식에 따라 pH = pKa입니다. 당량점 부피의 절반에서 pH를 읽으면 pKa가 나옵니다. 곡선의 이 평평한 구간이 완충 구간입니다.
인산은 왜 도약이 두 번 보이나요?
인산에는 양성자가 세 개 있고, 각각 매우 다른 pH에서 떨어져 나갑니다 (pKa 2.15, 7.20, 12.35). 각 양성자가 곡선에 자기 계단을 만들어 첫 당량점 부피의 1배와 2배에서 나타납니다. 세 번째 양성자는 너무 약해 물속에서는 도약을 보이지 않습니다.
pH는 어떻게 계산하나요?
방울마다 정확히 계산합니다. 용액의 전하 균형 [H₃O⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [Cl⁻] + [A⁻]을 산 해리 상수와 물의 이온곱 10⁻¹⁴로 풉니다. 이 식 하나로 처음, 완충 구간, 당량점, 적정액이 남는 구간까지 근사를 바꾸지 않고 다룹니다.
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