수돗물 속 염화 이온의 정량 분석 실험

  수돗물은 수도 사업소에서 강물을 대량으로 처리한 다음. 소독을 위해서 염소를 약 4mg/L 정도 가해둔 물이다.

  이 물은 수도관을 통해서 각 가정으로 공급된다. 옛날에는 염소에 잘 견디는 납으로 만든 수도관을 쓴 적이 있었다. 하지만 독성이 있고 비싸다는 이유로 주철관으로 대체되었다. 한데 주철관 내부가 염소에 의해 심하게 녹슬자 이를 방지하기 위해서 핏치로 코팅한 주철관이 쓰였다. 그 후 핏피에서 발암물질이 나온다는 사실이 알려지자 핏치 코팅은 금지되고, 다시 모두 폴리에틸렌 코팅으로 바뀌어 지금도 쓰이고 있다. 문제는 아직도 오래전에 매설했던 낡은 수도관이 있다는 것이다. 납관은 전부 없어졌다지만 사람들의 불신이 해소되지 않고 있다. 아직도 가끔 수도꼭지에서 나오는 붉은 물은 수돗물에 대한 불신을 증폭시키고 있다.

 

 

  인간의 위 속에는 pH 1.0 정도의 염산이 들어있으므로 사실 4 mg/L 정도의 염소는 걱정할 필요가 전혀 없다. 그래도 마시는 것이 꺼려진다면 끓여 마시거나 1시간 정도 실온에서 방치한 뒤 마시면 걱정하지 않아도 된다.
  최근 정수기로 정화한 물은 품질이 가장 좋은 물의 대명사가 된 듯하다. 그래서 정수기 시장이 1조원이 넘는다고 한다. 관리를 철저히 잘 관리한다는 조건이라면, 정수기가 나쁠 이유는 없다. 다만 비싼 만큼 더 좋은 수질의 식수를 제공하느냐에 대한 회의는 있을 수 있겠다. 왜냐하면 정수기를 쓰면서도 관리는 게을리하여 처리 막(필터)들이 한계치를 초과하게 되면 부유물, 유기물질, 이온, 미생물들을 모아 한꺼번에 마시는 불행한 결과가 된다. [생활 속의 화학과 고분자(정진철) 중 ]

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실험 목적
수중의 염소이온(Cl^-)을 질산은(AgNO₃) 적정법을 이용하여 염소이온의 양을 측정하고 측정원리를 알아본다.

실험이론
  염소이온(Cl^-)은 수중에 녹아있는 염화물의 염도를 말한다. Cl^- 형태의 염소이온의 상수와 폐수 내에 존재하는 무기 음이온의 하나로 자연 광물, 해수 침투와 산업폐수 오염 등에서 유래한다. 특히, 해안지대에는 해수의 침수, 바람에 의한 해수염의 영향에 의해 그 농도는 높다. 그러나 하수, 공장폐수, 가정하수 및 분뇨에 의하여 증가하는 것이 보통이다. 이런 점에서 염소 이온은 오염의 지표가 된다. 가정하수 중의 염소 이온은 음식물로 인한 염화나트륨(NaCl)으로 비롯되며, 또한 정수처리에서 염산, 폴리염화알루미늄 등의 약품 주입으로 증가하기도 한다. 염소이온은 물에 맛 이상을 일으키고 또 철관 등의 부식을 촉진시킨다. 또 하수처리에도 영향을 미친다.
유사한 분석항목으로 잔류 염소량이 있는데 이는 음용수의 살균을 위하여 수중에 투입한 염소 가스가 수중에 잔류하는 양으로, 이온 상태의 Cl^-과는 구별된다.
  염화 이온을 측정하는 방법에는 질산 수은을 이용하는 Mercuric Nitrate 방법과 질산은을 사용하는 크롬산칼륨법(Argentmetric)이 있다. 여기서 소개하는 크롬산칼륨법은 질산은 적정법이라고도 하며, 염소이온과 질산은이 정량적으로 반응한 다음 과잉의 질산은이 크롬산과 반응하여 크롬산의 침전으로 나타나는 점을 적정의 종말점으로 하여 염소이온의 농도를 측정하는 방법이다.

  본 법은 적량의 K₂CrO₄의 존재 하에서 AgNO₃용액으로 적정하면 Ag₂CrO₄는 AgCl보다 용해되기 쉬우므로 가한 Ag⁺은 당량점에 도달할 때까지 Cl^-과 반응한다. Cl^-이 AgCl로써 거의 정량적으로 침전한 후 과잉으로 가한 Ag⁺은 당량점에 도달할 때까지 Cl^-과 반응한다. Cl^-이 AgCl로써 거의 정량적으로 침전한 후 과잉으로 가한 Ag⁺은 종말점 이후에 CrO₄^2-와 반응하여 엷은 적황색의 크롬산(H₂CrO₄)이 침전한다. 이를 Mohr법 이라고도 한다.

Mohr법

AgNO₃ 표준용액으로 Cl^-이온을 적정할 때 지시약으로 K₂CrO₄ 용액을 이용하는 방법을 Mohr법 이라고 한다. AgNO₃ 용액과 NaCl 용액을 반응시키면 AgNO₃의 Ag⁺이온은 NaCl의 Cl^-이온과 반응하여 AgCl의 흰색침전을 만들게 된다.

 

적정반응 : AgNO₃ + NaCl → AgCl↓(백색) + NaNO₃

 

 

Cl^-이온이 완전히 소비되면 계속 가하여지는 AgNO₃에 K₂CrO₄와 반응하여 Ag₂CrO₄^-의 적갈색 침전을 생성하게 되는데 이때를 반응의 종점으로 한다.

 

 

종말점 반응 : 2AgNO₃ + K₂CrO₄ → Ag₂CrO₄↓(적갈색) + 2KNO₃

 

 

 

실험 기구 및 시약
뷰렛, 삼각플라스크, 피펫

크롬산칼륨 지시약(K₂CrO₄), 0.001 M 질산은(AgNO₃), 0.001 M 염화나트륨(NaCl), 시료(수돗물, 정수기물 등)

 

실험 방법

 

1. 표정실험

    ① 뷰렛에 0.001 M AgNO₃ 용액을 채운다.

    ② 0.001 M NaCl 용액 10 ml를 취하여 삼각플라스크에 넣은 후 K₂CrO₄ 지시약 1 ml를 넣고     

         AgNO₃ 용액으로 적정한다.

    ③ 용액의 색이 엷은 적갈색이 될 때까지 적정하여 적정량을 기록한다.

    ④ 적정량을 이용하여 AgNO₃ 의 실제 농도를 계산한다.

    ⑤ 증류수 10 ml와 K₂CrO₄ 지시약 1 ml를 취한 삼각플라스를 AgNO₃ 용액으로 적정한다.

    ⑥ 용액의 색깔이 엷은 적갈색이 될 때까지의 질산은 적정량을 기록한다.

    ⑦ 질산은 용액의 factor를 계산한다.

 

2. 적정 실험

    ① 수돗물 및 정수기 물 10 ml씩 취한 각 삼각플라스크에 K₂CrO₄ 지시약 1 ml를 넣는다.

    ② 앞 표정 실험에서 표준화한 AgNO₃ 용액으로 적정한다.

    ③ 용액의 색이 엷은 적갈색이 될 때까지 적정하고 적정량을 기록한다.

    ④ 염소이온의 농도를 계산한다.

 

 

 

 

 

 

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실험 결과 및 분석

 

1. 표정 실험

0.001 M AgNO3 (mL)
	1회	2회	3회	평균
0.001 M NaCl (10 mL)	11.6	11.5	11.4	11.5
증류수 (10 mL)	0.5	0.4	0.6	0.5

▶ 0.001 M AgNO₃ factor

f = (표정 실험 용액 부피) / (NaCl 적정량 - 증류수 적정량)

 

f = 10 mL / (11.5 - 0.5) mL = 0.909

 

2. 적정 실험

0.001 M AgNO3 (mL)
	1회	2회	3회	평균
수돗물 (10 mL)	2.5	1.6	1.8	2.0
정수기 (10 mL)	1.3	0.6	0.8	0.9

▶ 수돗물 및 정수기 물속 Cl^-의 농도

Cl^-의 몰 수 = (0.001 M AgNO₃) × (factor) × (시료 적정량 - 증류수 적정량)

Cl_-의 질량 = (Cl^-의 몰 수) × (Cl의 원자량)

시료의 Cl^-의 농도(mg/L) = (Cl^-의 질량) / (시료의 부피)

 

Cl^-의 몰 수 = 0.001 M AgNO₃ × 0.969 × (2.0 - 0.5)mL = 0.0014 mol

Cl^-의 질량 = 0.0014 mol × 35.5 g/mol = 0.0497 g

수돗물 속 Cl^-의 농도(mg/L) = 0.0497 g / 10 mL = 4.97 mg/L

 

Cl^-의 몰 수 = 0.001 M AgNO₃ × 0.969 × (0.9 - 0.5)mL = 0.00039 mol

Cl^-의 질량 = 0.00039 mol × 35.5 g/mol = 0.0138 g

정수기 물속 Cl^-의 농도(mg/L) = 0.0138 g / 10 mL = 1.38 mg/L