산-염기 중화 반응

 

  4. 산-염기 중화 반응

 

4.2 산-염기 지시약

 

산-염기 지시약은 수용액에 넣었을 때 색깔로 수용액의 pH에 대한 정보를 주는 물질이다. 예를 들어, 메틸오렌지, 브로모티몰블루, 페놀프탈레인, 등이 대표적인 산-염기 지시약인데, 여러 용액에 더했을 때 용액의 색은 다음과 같다.

  

  

산-염기 지시약의 동작 원리는 무엇일까? 산-염기 지시약은 약산이다. 따라서 물에 녹아 일부만 해리한다. 지시약을 HIn이라고 나타내면(* 영어로 지시약이 indicator여서 아래 두자 In을 빌린 것),

    HIn(aq) + H2O(l)    H3O+(aq) + In-(aq)

와 같이 쓸 수 있다. 이때 지시약이 HIn(aq) 형태일 때와 In-(aq) 형태일 때 서로 색깔이 다르다. 그리고 용액의 pH가 높을수록 (염기성이 강할수록) HIn 형태의 농도는 낮아지고 In-(aq) 형태의 농도는 높아진다. 이것은 위의 식에서 H3O+(aq)가 In-(aq)와 같은 편에 있다는 것으로부터 유추할 수 있다. 지시약을 첨가하려는 용액의 pH가 높을수록 용액에 낮은 농도의 H3O+(aq)가 있으므로, 지시약이 용액에 들어갔을 때 해리를 방해하지 않은 것이라고 생각하면 된다. 역으로 수용액의 pH가 낮으면, 이미 높은 농도의 H3O+(aq)가 있으므로, 지시약이 용액에 들어갔을 때 해리하지 못한다.(* 깊이 있는 내용은 화학 평형을 학습한 후에 이해할 수 있다.)

 

 

 

  

아래 그림에 몇 가지 산-염기 지시약의 pH에 따른 색 변화룰 볼 수 있다. 각 지시약은 특징적인 pH 근처에서 색이 변한다. 대부분의 지시약은 툭정 pH를 중심으로 대략 pH가 1~2 변하는 동안 색이 점점 달라진다. 예를 들어, 메틸레드는 pH 4.4~6.2 사이에서 색이 변한다. pH가 4.4보다 낮은 때에는 수용액이 붉은색이고, pH가 6.2보다 높으면 노란색이다. pH 4.4~6.2 사이에서는 수용액이 붉은색과 노랜색이 섞여 있는 색으로 보인다. 이렇게 지시약의 색이 변하는 pH 범위를 변색 범위라고 한다. 페놀프탈레인의 변색 범위는 pH 8.2~10이다. pH가 8.2보다 낮을 때에는 용액의 색이 없다가 10이 넘으면 선명하게 볽은색으로 보인다.

 

 

 
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