The Acid-Base Titration of a very weak Acid : Boric Acid

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1 The Acid-Base Titration of a very weak Acid : Boric Acid
한 건 희 조 아 라 J. Chem. Educ. march

2 Contents 1. ABSTRACT 2. BACKGROUND EXPERIMENTAL PROCEDURE HAZARDS
RESULTS CONCLUSIONS 7. REFERENCES

3 1. ABSTRACT 이 실험은 D-mannitol의 존재하에서 boric acid를 강산으로 적정하는 실험이다. Boric acid는 매우 약한 산이고, NaOH로 직접 적정이 불가능 하다. 화학량론 적으로 양성자 방출에 기여하는 보조시약이 산-염기 적정을 가능하게 한다. - 학생들은 mannitol이 없을 때와, 각기 다른 양이 있을 때의 표준NaOH와 boric acid의 적정 곡선을 얻는다. 그 결과는 시각적으로 당량점을 결정하고, 용액 상에서의 mannitol의 양이 미치는 영향을 알아 볼 수 있게 한다.

4 2. BACKGROUND ▶ Boric Acid Behavior
Boric Acid(H3BO3)는 이온화 상수가 pKa=9.2^14로 매우 약한 산이다. 그리고 수용액에서 B(OH)4-의 형태로, bronsted산이 아닌 Lewis산으로써 반응한다. mannitol, sorbitol, glycerol 등과 같은 hydroxyl group이 유기화합물에 첨가 되어, boric acid가 상대적으로 센 산으로 전환된다.

5 2. BACKGROUND 많은 연구자들은 4번과 5번식에서 볼 수 있듯이, 평형상수 β1과 β2가 가능하기 때문에 붕산염 음이온을 반응성이 높은 화학종으로 여긴다.

6 2. BACKGROUND 아래의 자료에서는, B(OH)3, B(OH)4-, B(OH)2L-는 각각 HB, B-, BL-로 대체된다.

7 2. BACKGROUND 아래의 자료를 이용하면, boric acid에 대한 산-해리 상수 Ka*(13번식)를 보다 편리하게 결정할 수 있다. [B-]T는 14번식에 나왔듯이 붕산 음이온 화학 종의 총 합 농도이다.

8 2. BACKGROUND 만약 몰분율 Cl/Cb가 크다면, 질량 균형(11번식)은 Cl≃[H2L]와 같이 간단하게 나타낼 수 있다. 수용액상에 과량의 mannitol 존재 하에 boric acid의 pKa*값은 (pKa = 9.20, logβ1 = 3, logβ2 = 5)을 이용하여 구할 수 있고, 그 값은 mannitol농도의 범위가 될 수 있는 4~5의 범위에 들어간다.

9 2. BACKGROUND ▶Titration of Boric Acid
mannitol의 존재 하에서 boric acid를 NaOH로 적정 한다는 점을 고려하면, 계는 총 8개의 방정식으로 정의된다. 이 방정식들은 6~11번 식과 전하균형 식인 19번식, 그리고 새로운 질량 균형 식(CNa = [Na+], CNa는 NaOH의 분석적인 농도) 이다. [B-]T(14번식), boric acid의 질량 균형(10번식), 수용액상에서 boric acid와 mannitol과 NaOH의 전하균형(19번식)은 21번식과 21번식으로 각각 전환된다. 수용액에서 boric acid/mannitol/NaOH의 계와 일치하는 9,13,20,21번식들은 다른 약산을 NaOH로 적정했을 때와 일치한다.

10 2. BACKGROUND

11 2. BACKGROUND Figure3는 다른 X (X=CL/CB ) 에서 mannitol의 존재 하에 boric acid를 적정 하는 동안 pKa*값의 다양함을 보여준다.

12 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE
① 0.1M 표준 NaOH, 0.05M boric acid, mannitol을 준비한다. ② 적정 시 요구되는 CL/CB인 용액의 준비를 위해, boric acid 용액의 25mL표본에 고체 mannitol을 녹인다. 이때, CL/CB가 2와 20사이가 되도록 한다. ③ 학생들은 두 명이 한 조로 실험한다. 이때 각 조의 학생들은 오직 하나의 CL/CB 비율을 사용하고, 같은 boric acid 용액을 사용하도록 한다. ④ 각 조의 학생들은 실험값으로 적정곡선을 그려보고, 당량점을 찾아 본 후 pKa*값을 구해본다. 그리고 다른 조의 학생들과 그 값을 서로 비교해 보도록 한다.

13 4. HAZARDS - 강염기인 NaOH용액을 다룰 때는 주의가 필요하고, 학생들은 예방책과 안전 규칙에 대해 알고 있을 필요가 있다. Boric acid는 들이 마시거나, 삼키거나, 눈이나 피부에 닿으면 위험하고, 번식독성을 가지므로 주의해야 한다. 만약에 boric acid가 피부에 닿았다면, 즉시 피부를 많은 양의 물로 씻어내야 한다. - Mannitol은 위험한 물질로 간주 되지 않는다.

14 5. RESULTS 실험적 조건에서 얻어진 전위차 적정 곡선은 Figure4에서 나타나있다.
equivalence에 도달하는데 사용된 NaOH의 부피는, pH변화 곡선을 통해 시각적으로 결정 될 수 있다.

15 5. RESULTS ★ 실험값 -NaOH 0.1M -Boric acid 0.05M 50ml -Glycerol
<보조시약이 없을 때> <CL/CB=15일 때>

16 6. CONCLUSION - mannitol의 존재 하에 산-염기 적정은 여러 매체에서 boric acid 분석의 기초 방법이다. 여기서 기술된 실험은 학생들에게 보조시약을 사용하여 산-염기 적정을 가능하게 하는 것을 보여주기 위해서 개발 되었다. - 각기 다른 CL/CB 몰분율에서 적정 곡선의 결정은, 실험방법에서 고안된 매개변수의 영향을 보여준다. - 또한 midtitration에서 pKa*값을 계산 하는 것이 가능하고, 사용된 mannitol의 양이 늘어감에 따라 pKa*값이 감소하는 것도 관찰 할 수 있다.

17 7. REFERENCES

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