표준 솔루션이란 무엇입니까?

표준 용액은 허용 가능한 정도의 정밀도와 정확도로 농도가 알려진 모든 용액입니다 . 이들은 분석 화학 분야에서 일상적으로 사용되는 솔루션이며 적정 또는 적정에서 기기 분석을 위한 검량선 준비에 이르기까지 많은 화학 분석 응용 분야에서 사용됩니다.

원칙적으로 농도가 알려져 있고 사용 기간 동안 거의 일정하게 유지된다는 것이 합리적으로 확실한 한 모든 용액을 표준 용액으로 간주할 수 있습니다. 이것은 표준 용액의 용질이 용액을 사용하기 전에 분해되거나 다른 화합물로 변형되는 것을 방지하는 최소한의 안정성을 가져야 함을 의미합니다.

표준 솔루션의 속성

알려진 농도를 갖는 것 외에도 표준 용액은 사용되는 화학 분석 유형에 크게 의존하는 몇 가지 특정 특성을 가져야 합니다. 예를 들어 적정 기술(산/염기 적정, 산화환원 등)에 사용되는 표준 용액의 경우 표준 용액은 다음과 같아야 합니다.

• 충분히 오랜 시간 동안 안정을 유지하여 분석 중에 농도가 일정하게 유지되도록 합니다.
• 농도는 분석 물질(시험 중인 물질)의 의심되는 농도와 비슷해야 합니다. 그렇지 않으면 적정의 오차 범위가 더 커집니다.
• 그들은 농도가 결정되는 분석물 또는 물질과 정량적으로 반응해야 합니다. 이는 반응이 완료되어야 함을 의미합니다.
• 균형 화학 반응식으로 나타낼 수 있는 화학 반응은 하나만 일어나야 합니다. 즉, 분석 물질 또는 샘플 매트릭스의 다른 구성 요소와 함께 원하지 않는 부반응이 없어야 합니다.
• 분석 물질과의 반응이 빨라야 합니다.

기기 분석(원자 방출 또는 흡수 분광법, UV-visible 흡수 등과 같은 기술에서)을 위한 검량선과 같은 표준 용액의 다른 응용 프로그램의 경우 이러한 용액이 반드시 동일한 속성을 가질 필요는 없습니다.

예를 들어, 검량선의 경우, 표준 용액은 분석물과 반응하지 않지만 알려진 농도의 분석물을 포함하여 해당 농도(검량선으로 알려짐)에 대한 기기 반응을 설정하고 따라서 나중에 결정할 수 있습니다. 외삽에 의한 시료 내 분석 물질의 농도. 이러한 경우 분석물의 예상 농도보다 높거나 낮은 농도의 일련의 표준 용액이 필요합니다.

총체적으로 백업 기술로 알려진 다른 분석 방법에서는 표준 용액을 알려진 양으로 분석물에 추가하여 물질이 서로 반응하도록 한 다음 추가된 표준의 과량을 적정하거나 달리 결정합니다. 이러한 경우 분석물과의 반응은 적정 자체 동안 각 적정제 첨가 후가 아니라 과도한 분석 전에 한 번만 발생하면 되므로 신속할 필요가 없습니다.

표준 솔루션의 유형

용질의 특성과 시간 경과에 따른 화학적 안정성에 따라 표준 용액을 1차 표준 용액과 2차 표준 용액의 두 가지 등급으로 구분할 수 있습니다.

기본 표준 솔루션

1차 표준 용액은 1차 표준에서 준비된 용액입니다. 이것은 시간이 지나도 안정적으로 유지되는 고순도 화학 물질로 구성되어 있어 용액의 농도가 일정합니다. 기본 표준에는 다음과 같은 일반적인 특성이 있습니다.

• 대기 중에 존재하는 물질에 의해 자연적으로 오염되지 않는 고순도 시약입니다.
• 그들은 정확히 알려진 구성을 가지고 있습니다. 즉, 우리는 그들의 화학식, 순도, 주요 오염 물질의 정체와 농도를 알고 있습니다.
• 그들은 순수한 상태와 용액 상태 모두에서 화학적으로 안정한 물질입니다. 이렇게 하면 순수 시약의 질량 또는 부피에서 수행되는 화학양론적 계산이 정확하고 우리가 준비한 용액(1차 표준 용액)에서 계산된 농도가 일정하게 유지됩니다.
• 대기로부터 수증기 또는 기타 가스를 흡수하지 않아야 하며, 수분의 흔적을 제거하기 위해 분해되지 않고 일정한 중량으로 오븐에서 건조될 수 있어야 합니다.
• 이상적으로는 등가 중량이 높습니다. 이는 동일한 최종 정상 농도에 대해 더 많은 양의 시약을 칭량해야 하므로 칭량 오류를 최소화합니다.
• 이들은 분석 물질과 빠르고 화학양론적으로 반응해야 합니다.

1차 표준 용액은 칭량 및 용해(및 필요한 경우 희석)에 의해 직접 준비될 수 있고 순수한 시약의 질량과 용해의 최종 부피에서 직접 농도를 결정할 수 있기 때문에 화학 분석에 이상적인 용액입니다. 이를 통해 추가 솔루션을 준비하거나 다른 표준화 단계를 수행할 필요 없이 이러한 솔루션을 화학 분석에 직접 사용할 수 있습니다. 그러나 많은 기본 표준은 높은 순도가 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다.

2차 표준 용액

1차 표준은 화학 분석에 이상적인 시약이지만 특정 분석 방법에 적합한 1차 표준을 찾는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 또한 많은 경우, 특히 샘플의 일상적인 분석에서 1차 표준물질의 비용은 엄청나게 높습니다. 특히 1차 표준물질이 되기 위한 모든 조건을 충족하지는 않지만 적절한 화학적 그러나 훨씬 저렴한 비용으로. 이들은 2차 표준액이며, 이들로부터 준비된 용액을 2차 표준액이라고 합니다.

2차 표준물질은 분석 물질과 빠르고 정량적으로 반응하지만 1차 표준물질이 되기 위한 다른 조건을 충족하지 않는 물질입니다. 경우에 따라 2차 표준물질은 대기 중에서 화학적으로 완전히 안정하지 않기 때문에 적절하거나 알려진 순도 수준으로 얻을 수 없습니다.

전형적인 예는 수산화나트륨인데, 이는 대기로부터 물과 이산화탄소를 흡수하여 둘 다 반응하여 탄산나트륨이 되는 저비용 시약입니다. 즉, 수산화나트륨은 항상 탄산나트륨으로 오염되어 있으며 수용액에서도 마찬가지입니다.

염산의 경우에도 화학 분석에 사용되는 상업용 용액과 표준 용액 모두 염화수소 가스 형태로 용질을 천천히 잃기 때문에 이것도 기본 패턴이 아닙니다.

표준 솔루션의 준비

순수한 시약의 용해

^표준 용액을 준비하는 가장 간단하고 직접적인 방법은 잘 보정된( 우수한 정확도를 보장하기 위해) 0.1 mg(10 -4 g) 차수를 잘 인식하는 분석 저울에서 순수 시약의 무게를 측정하는 것입니다. 알려진 최종 양의 용액에 용해시킵니다(풍선 또는 메스 플라스크 사용을 통해). 액체 시약의 경우, 휘발성이 높지 않은 한 무게를 잴 수 있지만 일반적으로 부피 측정 피펫을 사용하여 측정합니다.

그런 다음 관련 계산이 수행되어 이전에 계산된 질량이 아닌 시약의 실제 중량으로부터 용액의 실제 농도를 결정합니다. 즉, 10-3몰 표준용액 1L를 준비하기 위해 탄산나트륨 0.1382g이 필요하다고 계산했는데 0.1389g의 무게를 잰다면 ^마지막 질량(실제 무게)을 사용해야 하고 먼저 표준 용액의 농도를 계산할 때.

위에서 언급한 바와 같이, 1차 표준을 통해서만 칭량하는 질량이 실제로 시약과 일치하는지 확인할 수 있기 때문에 1차 표준 용액만 칭량 및 용해를 통해 직접 준비할 수 있습니다.

농축 용액의 희석에 의해

표준 용액을 준비하는 두 번째 매우 일반적인 방법은 희석 절차를 이용하는 것입니다. 이 경우, 부피 피펫으로 측정된 부피를 취하고 적절한 용량의 풍선 또는 부피 플라스크로 옮기고 작업 중인 용매 또는 물을 사용하여 눈금 표시까지 희석합니다.

경우에 따라 농축 용액은 상업적으로 이용 가능하거나 이전 섹션에서 설명한 대로 칭량 및 직접 용해로 준비할 수 있습니다.

기본 패턴에 대한 표준화

2차 표준용액의 경우 위에서 설명한 이유로 순수한 시약을 칭량하고 용해하여 직접 조제할 수 없다. 이것은 다양한 불순물의 존재와 시약 또는 그 용액의 불안정성으로 인해 측정된 시약의 양에서 계산된 농도가 용액의 실제 농도에서 상당히 벗어날 수 있기 때문입니다. 즉, 용액을 매우 정확하고 정확하게 준비하기 위해 시약의 무게를 잰다 해도 실제로 용액의 실제 농도는 알 수 없습니다. 이것은 이것이 아직 표준 솔루션이 아님을 의미합니다.

이러한 이유로 이러한 경우에는 2차 표준용액을 준비한 후 다른 표준용액(이미 알려진 농도의)을 사용하여 이 용액의 실제 농도를 결정하기 위해 화학적 분석을 수행해야 합니다. 이 과정은 용액의 실제 농도가 결정되면 표준 용액이 되기 때문에 표준화라고 합니다. 그러나 이 용액은 1차 표준액으로 구성된 다른 용액에서 표준화한 것이므로 표준화된 용액을 2차 표준액이라고 한다.

표준 솔루션의 예

공통 기본 표준의 예

다양한 유형의 화학 분석에 사용하기 위한 1차 표준 용액을 준비하는 데 사용되는 많은 1차 표준이 있습니다. 이러한 시약의 몇 가지 예는 사용되는 분석 방법의 종류와 함께 아래에 나와 있습니다.

• 탄산나트륨(Na ₂ CO ₃ ): 부피 측정에 의한 산의 적정을 위한 기본 표준 역할을 하는 매우 안정적인 염입니다.
• 프탈산칼륨(KC ₈ H ₅ O ₄ ): 이 물질은 204.22 g/mol의 고분자량을 가지며 염기 적정을 위한 1차 표준으로 사용되는 안정하고 비흡습성인 물질입니다.
• 중크롬산칼륨(K ₂ Cr ₂ O ₇ ): 중크롬산칼륨은 상온과 고온 모두에서 매우 안정한 염입니다. 용매 증발을 방지하기 위해 필요한 예방 조치를 취하면 용액은 수년간 안정적입니다. 이 물질은 강한 산화제이므로 환원제의 산화환원 적정에서 1차 표준물질로 사용할 수 있습니다.
• 옥살산나트륨(Na ₂ C ₂ O ₄ ): 다시 말하지만 이것은 산화환원 적정의 기본 표준입니다. 옥살레이트는 산화제의 존재 하에 이산화탄소로 빠르게 산화되는 환원제이며, 산화제의 농도를 결정하기 위한 적합한 1차 표준이 됩니다.
• 질산은(AgNO ₃ ): 질산은은 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES)으로 은을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 기본 표준의 예입니다. 주로 순도, 안정성, 물에 대한 높은 용해도 때문에 사용됩니다.

일반적인 2차 표준의 예

위에서 언급한 각 기본 패턴을 사용하여 다음 보조 패턴 예 중 하나를 표준화할 수 있습니다.

• 수산화나트륨(NaOH): 위에서 설명한 바와 같이 수산화나트륨은 공기 중의 이산화탄소와 천천히 반응하여 탄산나트륨을 형성하므로 용액이 완벽하게 안정하지 않습니다. 이 물질은 강산과 약산의 적정에서 2차 표준으로 사용됩니다.
• 염산(HCl): 염산 용액은 서로 다른 강염기와 약염기를 결정하기 위한 표준으로 사용됩니다. 그러나 NaOH와 마찬가지로 HCl 용액은 장기적으로 안정적이지 않으므로 기본 표준이 아닙니다.
• 과망간산 칼륨(KMnO ₄ ): 과망간산 염은 매우 강력한 산화제이며 산화 환원 적정에서 환원 종을 결정하는 데 사용되는 가장 일반적인 적정제 중 하나입니다. 그러나 과망간산염 자체는 대기 중에서 불안정하지 않고 양호한 순도로 얻을 수 있지만 물을 분자상 산소로 산화시켜 과망간산염을 이산화망간 고체로 환원시킬 수 있을 정도로 강력한 산화제이다. 이 반응은 매우 느리지만 과망간산염 용액이 완전히 안정하지 못하므로 1차 표준으로 적합하지 않습니다.
• 티오황산나트륨(Na ₂ S ₂ O ₃ ): 티오황산나트륨은 다양한 산화 분석물의 결정을 위한 산화환원 적정에 사용되는 환원제입니다. 수용액이 매우 안정하다는 사실에도 불구하고 항상 화학식 Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O의 5수염에 해당하는 시판 염은 수화수를 잃는 경향이 있는데, 기본 패턴으로 사용되지 않습니다. 티오황산나트륨 용액은 일반적으로 중크롬산칼륨 용액으로 표준화되거나, 그렇지 않은 경우 표준화된 과망간산칼륨 용액으로 표준화됩니다.

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