환 경 화 학

(1)

환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

(2)

학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-4)

 CO

₂

– HCO

₃^–

– CO

₃^2–

시스템 이해

 CO

₂

화학종 분율

 pH에 따른 CO

₂

화학종 분포 그래프

(2.7장)

(3)

 CO

₂

– HCO

₃^–

– CO

₃^2–

시스템

▶ 물에 용해된 CO

₂

에 의해 생성되는 주화학종은 pH에 따라 달라짐

 크게 세 종류로 존재

▶산-염기 화학 반응 및 용해-침전 반응에 참여

종류:

1) CO

2

: 이온화되지 않은 이산화탄소 = CO

2(aq)

+ H

2

CO

3

(탄산)

 (본 교재 표기법: 교실강의 칠판 필기)

2) HCO

3–

(탄산수소이온 또는 중탄산이온) 3) CO

32–

(탄산이온)

CO

₂

– HCO

₃^–

– CO

₃^2–

시스템 이해

(4)

각 화학종의 분율( )

기본 화학 반응식과 평형 상수 (산 해리 상수)

CO

2

+ H

2

O H

⁺

+ HCO

3–

+ −

−

HCO

3–

H

⁺

+ CO

32–

+ −

− −

(5)

각 화학종의 분율 (앞 식과 동일)

− −

+

− +

[HCO₃^–] 항을 항으로 대체하면,

+ +

최종적으로, 모든 항을 ⁺ 항으로 나눈다.

+

+ +

(6)

위의 계산과 동일하게 전개하면,

−

− −

−

+

+ +

−

− −

− + +

(7)

CO

₂

– HCO

₃^–

– CO

₃^2–

시스템의 화학종 분포 그래프

(8)

CO

₂

시스템의 화학종 분포 작성 위한 엑셀 활용

(9)

 HW #1 (제출일: 2018년 9월 20일(목) 수업시작 전)

앞서 소개된 CO

₂

화학종 분포( )를 유도하는 식과 동일하게 와 식을 유도하고 아래와 동 일한 그래프를 엑셀로 작성하기. 엑셀 원본 작업 Sheet 페이지도 출력하여 함께 제출.

Ch.2-4 The End

(10)

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담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

(11)

학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-5)

 알칼리도 정의 및 알칼리도 기여 화학종

 당량, 당량무게, 당량수 이해

 알칼리도 계산 문제

(2.8장)

(12)

2.8 알칼리도(Alkalinity)

정의: H

⁺

이온을 받아들일 수 있는 용량

 높은 알칼리도를 나타내는 물은 대개 높은 pH를 나타냄

 알칼리도는 pH완충 작용을 하면서 무기 탄소의 저장 역할

 수생물의 성장에 중요한 영향:

물의 생산성을 가늠하는 척도로 사용가능

알칼리도에 영향을 미치는 주요 화학종

 HCO

3–

, CO

32–

, OH

^–

& 암모니아와, 인산(H

3

PO

4

), 붕산(H

3

BO

3

)의 짝염기들

HCO

₃^–

+ H

⁺

CO

₂

+ H

₂

O

(13)

(14)

알칼리도 이해: [alk] = [HCO

₃^-

] + 2[CO

₃^2-

] + [OH

^-

]

(15)

알칼리도 이해: [alk] = [HCO

₃^-

] + 2[CO

₃^2-

] + [OH

^-

]

[OH ^- ]

[H ⁺ ]

[CO ₃ ^2- ]

[H ⁺ ] [H ⁺ ]

(16)

알칼리도 이해: [alk] = [HCO

₃^-

] + 2[CO

₃^2-

] + [OH

^-

]

[OH ^- ]

[H ⁺ ]

[CO ₃ ^2- ]

[H ⁺ ] [H ⁺ ]

(17)

알칼리도 이해: [alk] = [HCO

₃^-

] + 2[CO

₃^2-

] + [OH

^-

]

[OH ^- ]

[H ⁺ ]

[CO ₃ ^2- ]

[H ⁺ ] [H ⁺ ]

• 500원 동전은 100원짜리 연필 5개의 가치 지님

 500원 동전은 5 equivalents

• 500원 동전이 10g 이라면,

 500원 동전의 당량무게 = 10g/5eq = 2g/eq

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학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-6)

 알칼리도 정의 및 알칼리도 기여 화학종

 당량, 당량무게, 당량수 이해

 알칼리도 계산 문제

(2.8장)

(20)

 당량무게(g 당량, equivalent weight): 정량적으로 반응하는

물질의 양을 서로에 대해 당량이라고 함. 당량을 g단위로 표시한 것을 당량무게(g 당량)이라 함.

 화학반응을 하는 단위 질량. “대등한 관계”

“반응의 상대 물질 1몰에 대응하여 반응에 참여하는 양”

CO

₃^2–

+ 2H

⁺

= H

₂

CO

₃

CO

₃²⁻

는 H

⁺

1몰에 대해 겨우 1/2몰만 반응에 참여 했다

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

알칼리도의 표현

 화학적 단위: equivalents/L  (용질의 당량수/L)

1 L의 용액의 알칼리도가 중화할 수 있는 H

⁺

의 몰수.



당량수(Number of equivalents, eq)

 화학반응 할 수 있는 개수 의미

= 반응물의 무게(g) /

당량무게(g/eq)

 공학적 단위: mg/L CaCO

₃

소비된 산의 당량

(27)

세기인자 vs. 용량인자

•

높은 염기도(basicity):

높아진 pH 강도를 나타낸다 

세기인자

•

높은 알칼리도(alkalinity):

H⁺ 이온을 받아들일 수 있는

용량의 관점  용량인자

용량 인자(알칼리도)와 세기 인자(pH)의 차이?

(1) pH 10인 100 mL 시료를 50 mL로 나누었을 때

 pH = 10 (세기인자)

(2) 1.00 x 10

^-3 M NaOH (1.0 L)

pH = 11, alkalinity = 10^-3 mole (산 중화능력)

 1 L를 0.5 L로 나눈다면 산 중화능력은 반으로 줄어 든다 (용량인자)

Ch.2-6 The End