이온의 수와 전하, 전류, 전하의 이동도 등에 영향을 받는 분석법은?
- 비색법
- 전도도측정법
- 적외선흡수분광법
- 선광도법
정답과 해설 보기
정답 ② · 전도도측정법은 용액 중 이온의 수, 전하량, 전하의 이동도(이동속도)에 따라 전류가 흐르는 정도(전기전도도)를 측정하는 분석법이다. 비색법·적외선흡수법·선광도법은 빛의 흡수나 회전을 이용하므로 이온 이동도와 무관하다.
전도도측정법은 이온의 수, 전하, 이동도에 비례하여 전류가 흐르는 원리를 이용한다.
개념 한 쪽
화학분석기능사 pH측정법 및 전위차적정 — pH 보정·전위차 측정
pH 미터는 수소 이온 농도에 따른 전위차를 측정하여 pH를 표시하므로 표준 완충 용액으로 눈금을 보정해야 정확한 값을 얻는다. 전위차법은 두 전극 사이의 전압 차이를 기준전극과 비교하여 측정하는 방법으로, 기준전극의 안정성과 가역성이 핵심 요소이다. 전도도측정과 같은 전기적 분석법은 이온의 수와 이동도, 전극 조건 등에 의해 결과가 결정된다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「pH측정법 및 전위차적정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| pH 미터 보정 목적 판별 | 1 | Adjustment/Correction 꼭지의 보정 목적을 묻는 문제 |
| 전도도 원리 판별 | 1 | 전도도가 어떤 요인들에 비례·반비례하는지 설명하는 문제 |
| 전기화학 계산(ΔG↔E, Nernst) | 1 | ΔG와 전압 변환 또는 네른스트 식 적용 계산 문제 |
뜻
pH 미터의 Adjustment나 Correction 꼭지는 표준 완충 용액을 이용해 전극이 나타내는 전위와 기기 눈금을 일치시키는 보정(calibration)을 수행하는 장치이다. 보정은 단순히 전압을 높이거나 낮추는 조작이 아니라 전극 전위와 pH 눈금의 대응 관계를 맞추는 과정이다. 따라서 표준 용액을 사용하여 눈금을 맞추는 절차를 꼭 수행해야 정확한 pH 값을 얻는다.
전위차법은 두 전극 사이의 전위차를 측정하는 방법이므로 기준전극이 필수적이다. 기준전극은 시간과 온도에 대해 안정한 전위를 유지하고, 작은 전류 흐름 후에도 원래 전위로 복원되는 가역적인 성질을 가져야 한다. 가역성이 결여된 비가역적인 전극은 기준전극으로서 적합하지 않다.
포화 칼로멜 전극(SCE)은 기준전극의 한 예로 내부에 수은, 염화수은(감홍) 페이스트, 포화 KCl 용액을 포함하여 일정한 전위를 제공한다. 이러한 구성은 전위 안정성을 확보하기 위한 산화환원 쌍과 이온 공급원을 갖추고 있음을 의미한다.
전기적 분석법 가운데 전도도측정법은 용액 내 이온의 수, 이온의 전하량 및 이동도에 따라 전류가 흐르는 원리를 이용한다. 전도도는 단위 부피당 이온 수에 비례하고 전극 면적에 비례하며 전극 간 거리에 반비례한다. 폴라로그래피는 작업전극으로 수은 적하 전극(DME)을 사용하여 항상 새로운 전극 표면을 제공함으로써 재현성 높은 확산 전류 측정이 가능하다.
예제
1) pH 미터 보정 예시: 표준 완충 용액을 사용하여 pH 미터의 전극 전위를 측정하고 기기 눈금과 일치시키는 절차를 수행한다. 이 과정을 통해 이후 시료 측정 시 전극 오프셋이 보정되어 정확한 pH 값이 얻어진다.
2) 자유 에너지 변화와 전압 변환 계산 예시: 반응에서 ΔG = -150 kJ/mol이고 전자 수 n = 2일 때 전위 E는 ΔG = -nFE 식을 이용하여 E = -ΔG/(nF)로 계산한다. 단위를 J로 바꾸어 대입하면 E = -(-150000 J/mol) / (2 × 96500 C/mol) ≈ 0.777 V가 된다.
3) 네른스트 식 적용 예시: Fe2+가 60%가 산화되어 Fe3+가 된 경우 [Fe3+]/[Fe2+] = 60/40 = 1.5이다. 네른스트 식 E = E° + 0.0592·log([Fe3+]/[Fe2+])에 대입하면 E = 0.78 + 0.0592·log(1.5) ≈ 0.79 V가 된다.
대표 기출 3문항
pH 미터를 조작할 때 Adjustment 꼭지나 Correcction 꼭지를 조정하는 근본적인 목적은?
- 증폭으로 기전력을 높이기 위하여
- pH 미터의 정확도를 높이기 위하여
- 일정한 전위차를 눈금에 맞추기 위하여
- 수소이온 농도에 의한 발생기 전력을 낮추기 위하여
정답과 해설 보기
정답 ③ · pH 미터의 Adjustment(Correction) 꼭지는 표준완충용액을 이용해 전극이 나타내는 일정한 전위차를 pH 눈금에 정확히 맞추도록 보정하는 목적을 가진다. 이는 기기의 교정(calibration) 과정이다.
pH 미터의 조정 꼭지는 표준 완충 용액으로 전극의 전위차를 pH 눈금에 정확히 맞추는 보정(calibration) 과정이다.
전해질 용액에서 전기 전도도를 옳게 설명한 것은?
- 극의 넓이에 반비례
- 이온의 이동도에 반비례
- 용액의 단위 부피중의 이온수에 비례
- 전도도는 두전극 사이의 거리에 비례
정답과 해설 보기
정답 ③ · 전기전도도는 전극 넓이에 비례, 두 전극 사이 거리에 반비례하며 용액 단위부피 중 이온수(농도)에 비례한다. 이온 이동도가 클수록 전도도도 커지므로 반비례가 아니다.
전기 전도도는 단위 부피당 이온 수에 비례하며, 전극 면적에 비례하고 거리에 반비례한다.
자주 묻는 물음
- pH 미터의 Adjustment 꼭지를 조정하는 이유는 무엇인가?
- Adjustment 꼭지는 표준 완충 용액에서 전극이 나타내는 전위와 기기 눈금을 일치시켜 pH 눈금을 보정하는 목적이므로 정확한 pH 표시를 위해 조정한다.
- 전위차법에서 기준전극이 갖추어야 할 중요한 성질은 무엇인가?
- 기준전극은 시간과 온도에 대해 안정한 전위를 유지하고, 작은 전류 흐름 후에도 원래 전위로 복원되는 가역성을 가져야 하므로 가역성과 안정성이 핵심이다.
- 전도도측정법에서 전도도에 영향을 미치는 주요 인자는 무엇인가?
- 전도도는 용액 내 단위 부피당 이온 수에 비례하고 전극 면적에 비례하며 전극 간 거리에 반비례하므로 이온 농도와 전극 조건이 주요 인자이다.
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