가시광선 분광기를 이용한 약산의 해리상수 결정

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• 가시광선 분광기를 이용한 약산의 해리상수 결정
• 가시광선 분광기를 이용한 약산의 해리상수 결정 1. 실험목적 가시광선 분광기를 이용하여 약산의 해리상수를 측정한다. 2. 이론적배경 ① 티몰블루 산염기 지시약의 하나. 녹색 결정으로 물과 에탄올에 녹는다. pH 1.2에서 pH 2.8이면 노란색으로 변하고, pH 8.0에서 pH 9.6이면 파란색으로 변한다. 티몰블루는 수용액에서 약산으로 작용하여 부분적으로 해리하기 때문에 수용액에는 이온화된 성분과 이온화되지 않은 성분이 존재하게 된다. 이온화된 성분과 이온화되지 않는 성분이 가시광선 영역에서 서로 다른 흡광도를 나타내기 때문에 평형점을 나타내는 Ka나 pKa 값을 이용하여 해리상수를 구할 수 있다. 파장 400nm~700nm 사이에서 묽은 HCl, 묽은 NaOH, pH가 고정된 완충 용액에 티몰블루 용액을 섞어 흡광도를 측정하면 파장 값에 대한 흡광도를 얻어 낼 수 있다. 이 결과로부터 지시약의 해리상수 Ka를 계산할 수 있다. ② 해리상수 화학에서 해리 상수(dissociation constant)또는 이온화 상수(ionization constant)는 이온화 반응의 평형 상수로서 기호 Kd로 나타낸다. 위 반응에서 전해질 AB가 수용액 속에서 평형을 이뤘을 때, 각 물질의 농도를 [Ax By], [A+], [B-]라고 하면, 이 반응의 이온화 상수는 이 된다. Kd 값은 그냥 쓰기엔 너무 작은 수이므로 보통은 역로그 값을 취해 사용하고 pKd로 표시한다. (pKd = - log10 Kd) 반응물에서 해리되는 정도인 평형상수 값으로 산이나 염기의 세기를 측정할 수 있다. 아레니우스 산-염기 개념을 적용하면 KH + , KOH - 으로 산, 염기 세기를 나타낼 수 있다. 하지만 아레니우스의 개념보다 브뢴스테르-로우리 산-염기 개념이나 루이스 산-염기 개념을 적용하면 보다 넓은 범위에서 설명을 할 수 있기 때문에 KH^+를 주로 산-염기 세기의 척도로 사용한다. 산의 탈수소화(deprotonation) 반응에 있어 반응상수 K는 산 해리상수인 Ka이다. 반응식: 산 해리상수: pKa = logKa 물의 이온화 상수(Kd)는 Kw(water dissociation constant)로 나타내며 온도에 따른 pKd(를 표시하였다. 해리상수는 황산 이나 인산과 같은 강한 산에서는 값이 크지만 아세트산과 같은 약산에서는 값이 작다. 분자가 수소이온(양성자)을 내어놓는 수만큼 해리상수 값의 개수가 정해진다. 일차산(e.g. 아세트산이나 암모늄이온)은 1개, 이차산(탄산, 중탄산, 글리신)은 2개, 3차산(e.g. 인산)은 3개의 산 해리상수값을 가진다. 여러 개의 pK 값을 가지는 경우 pK1, pK2, pK3등과 같이 산해리상수 색인에 표시된다. 아미노산의 경우 pK1값은 carboxyl (-COOH) 기에 의한 것이고, pK2는 아미노 (-NH3) 기에 의한 것이며, pK3는 다른 작용기에 의한 pK 값이다. ③ 티몰블루의 산 해리상수 티몰블루 지시약은 HCl 수용액과 NaOH 수용액, 그리고 pH를 알고 있는 완충용액에 녹아 400~700nm에서 그 해리 정도에 따라 특정 파장의 빛을 흡수한다. 이 파장으로부터 값을 구할 수 있다. 티몰블루는 분석 실험에서 널리 이용되는 지시약으로 수용액에서 약산성을 띠며 부분적으로 해리된다. HA H+ + A- 이때 A- 는 C27H29O5S- 이다. 해리 평형의 위치를 나타내는 산 지시약 상수 또는 해리상수 Ka 는 다음과 같다 ai : 이온 의 활동도 농도가 묽을 때는 ai Ci 이다. 따라서 p = -lo
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