4 주차 수화학의원리 (2)
CO 2 -HCO 3- -CO 3 - 시스템의 ph 에따른화학종의분포분율 문 ) 1.00기압, 25 에서대기 (CO 2 의농도 : 390 ppm) 와평형을이루고있는물의 [CO 2 (aq)] 를계산하시오. 단, 25 에서대기와평형을이루고있는물의부분 압력은 0.0313 atm, CO 2 의 Henry 상수, K CO2 는 3.38 10-2 mol L -1 atm -1 임. 해 ) P CO2 = (1.0000 atm - 0.0313 atm) 0.00039 = 0.000378 atm 2 [CO 2 (aq)] = K CO2 P CO2 = (3.38 10-2 mol L -1 atm -1 ) (0.000378 atm) = 1.276 10-5 mol L -1 CO 2 분자량은 44 이므로 = 1.276 10-5 mol (44 10 3 mg/mol) L -1 = 0.561 mg L -1 = 0.561 ppm ( 용존이산화탄소농도 ) Henry 의법칙 : 일정한온도에서액체속으로녹아들어가는기체의양은그기체의부분압력에비례 X(g) X(aq) [X(aq)] = K P x [X(aq)] : 기체의수중농도 K : 특정온도에서기체의 Henry상수 (mol L -1 atm-1 ), P x : 기체의부분압력
CO 2 -HCO 3- -CO 3 - 시스템의 ph 에따른화학종의분포분율 문 ) 25 에서대기 (CO 2 의농도 : 390 ppm) 와평형을이루고있는물의용존이산화탄소 농도 [CO 2 (aq)] 의값은 1.276 10-5 M 이다. 이조건에있는물의 ph 를구하시오. [HCO 3- ] [H + ] 해 ) K a1 = = 4.45 x 10-7 [CO2 (aq) ] [HCO 3- ] [H + ] = (4.45 x 10-7 ) (1.276 10-5 ) = 5.6782 x 10-12 [HCO 3- ] = [H + ] = (5.6782 x 10-12 ) ½ ph = - log [H + ] = 2.38 x 10-6 (M) = - log (2.38 x 10-6 ) = 5.62 ( 대기중 CO 2 (g) 와평형일때 ) 약산성임 CO 2 기체가녹아있지않는순수한물의 ph 7 보다는낮다.
알칼리도 알칼리도 : H + 이온을받아들일수있는용량 알칼리도에영향을미치는주요화학종 : HCO 3-, CO 3, OH - HCO 3- + H + CO 2 (aq) + H 2 O CO 3 + H + HCO 3 - OH - + H + H 2 O 총알칼리도를계산할때 [H + ] 는알칼리도를줄이므로빼야한다. [alk]= [HCO 3- ] + 2 [CO 3 ] + [OH - ] - [H + ] phenolphthalein alkalinity 는 HCO 3- 가주화학종이되는 ph, 즉 ph 8.3 까지적정하여구하고, total alkalinity 는 methyl orange 종말점, 즉 HCO 3- 와 CO 3 가모두 CO 2 (aq) 로변환되는 ph 까지적정하여구한다. 알칼리도는 ph 완충제로작용하면서무기탄소의저장고역할을하므로, 조류와그밖의수생물성장에중요한영향을미친다. 따라서알칼리도는물의생산성을가늠하는척도로사용될수있다.
알칼리도와염기도의구분 높은 ph 에서뚜렷이나타나는염기도 (basicity): 세기인자 (intensity factor) H + 를받아들일수있는용량인알칼리도 (alkalinity): 용량인자 (capacity factor) 이개념은다음두용액을비교하면이해할수있음 1.00ⅹ10-3 M NaOH 용액 염기성용액으로 ph 는 11 이용액 1 L 는단지 1.00 ⅹ10-3 mol 의산을중화할수있음 0.100 M NaHCO 3 용액 이용액은 ph가 8.34 (1.00ⅹ10-3 M NaOH 용액의 ph보다훨씬작음 ) 그러나 NaHCO 3 용액 1 L 는 0.100 mol 의산을중화할수있음 그러므로 0.100 M NaHCO 3 용액의알칼리도는염기도가큰 1.00ⅹ10-3 NaOH 용액보다 100배나더큼 다음의반응에근거해알칼리도를 mg/l CaCO 3 의단위로표현 ( 공학에서는 ) CaCO 3 + 2 H + Ca 2+ + CO 2 (aq) + H 2 O 여기서 CaCO 3 의당량은화학식량의 ½ 임. 그래서알칼리도를 mg/l CaCO 3 로표현하는것은혼동을가져올수있음 따라서화학자들은 equivqlents/l, 즉 1 L 용액의알칼리도가중화하는 H + 의몰수로표현하는것을선호
ph 와알칼리도 일반적으로자연수의알칼리도는 1.00 ⅹ 10-3 eq/l 임이는자연수 1L의물에포함된알칼리성용질이 1.00ⅹ10-3 mol의산을중화할수있다는것화학종들의알카리도기여도는 ph에의존 문 ) ph 7.0 과 ph 10.0 에서 HCO 3-, CO 3, OH - 이온이알칼리도에기여하는정도를계산하시오. ph 7인물에서는 [OH - ], [H + ] 가매우적어이들의알카리도기여는무시가능또한, [HCO 3- ] >> [CO 3 ] 이므로 [HCO 3- ] 가전적으로기여따라서, [alk] = [HCO 3- ] + 2[CO 3 ] + [OH - ] - [H + ] = [HCO 3- ] = 1.0 x 10-3 eq/l ph = 7, [HCO 3- ] = 1.0 x 10-3 M 을 K a1 식에대입하면 [CO 2 (aq)] 는 [CO 2 (aq)] = 2.25 x 10-4 M [ HCO 3- ] [ H + ] K a1 = = 4.45 x 10-7 [ CO2 (aq) ] 계산된 CO 2 (aq)] 는대기중의공기와평형을이루고있는값보다높음. 그러나물속과침강물에서박테리아의부패작용으로생성되는 CO 2 로인해도달가능함
ph 와알칼리도 문 ) ph 7 과 ph 10 에서 HCO 3-, CO 3, OH - 이온이알칼리도에기여하는정도를계산하시오. ph 10인물에서는 [H + ] 는매우적어 [H + ] 의알카리도기여는무시가능 [OH - ], [CO 3 ] 는 [HCO 3- ] 와비교될만함따라서, [alk] = [HCO 3- ] + 2[CO 3 ] + [OH - ] - [H + ] = [HCO 3- ] + 2[CO 3 ] + [OH - ] = 1.0 x 10-3 eq/l CO 3 에 2가곱해진것은 하나의 CO 3 이온이두개의 H + 이온에의해중화되기때문 위 [alk] 식에 [OH - ] 값, [CO 3 ] 를대입하여 [HCO 3- ] 를계산하고, 이값을 [CO 3 ] 식에대입하여 [CO 3 ] 를구함 [HCO 3- ] = 4.64 x 10-4 M [CO 3 ] = 2.18 x 10-4 M [OH - ] = 1.00 x 10-4 M [OH - ] = k w / [H + ] = 1.0 x 10-4 K a [HCO 3- ] [CO 3 ] = [H + ] ( [H + ] = 1.0 x 10-10, K a2 = 4.69 x 10-11 ) 총알카리도, 1.0 x 10-3 eq/l 에대한기여는 CO 3 가농도에 2 를곱하여 4.36 x 10-4 eq/l 이고, HCO 3- 는 4.64 x 10-4 eq/l, OH - 는 1.00 x 10-4 eq/l 기여
용존무기탄소와알칼리도 같은알칼리도에서총용존무기탄소의농도는 ph 에따라변화된다. [C] = [CO 2 ] + [HCO 3- ] + [CO 3 ] ph=7 일때, [C] = 2.25 x 10-4 + 1.00 x 10-3 + 0 = 1.22 x 10-3 ph=10 일때, [C] = 0 + 4.64 x 10-4 + 2.18 x 10-4 = 6.82 x 10-4 ph 10일때보다 ph 7일때가용존무기탄소의농도가 2배정도큼 ph 10에서용존무기탄소의농도가작다는것은상대적으로낮은 ph인 ph 7의수시스템이광합성에필요한용존무기탄소를내놓으면서알카리도는그대로유지하고 ph만변화시킨다는것을보여줌 ph 변화에따른용존무기탄소의농도차이는조류의성장에필요한탄소의잠재적인공급원의차이임
용존무기탄소와알칼리도 조류가탄소를고정하는반응은 CO 2 + H 2 O + hv {CH 2 O} + O 2 HCO 3- + H 2 O + hv {CH 2 O} + OH - + O 2 광합성탄소공급원 용존무기탄소가 biomass, {CH 2 O} 를합성하는데소모되면서 물은점차염기성으로변함물이조류의번식에적당하지않을정도로염기성이되기전까지는 무기탄소의양은알카리도에비례 ph가 7.0에서 10.0으로상승됨에따라알칼리도가 1.00 ⅹ10-3 eq/l 인 1 L의물에서소모되는무기탄소의양은 {[C] ph7 ⅹ 1 L} {[C] ph10 ⅹ1L} = (1.22 x10-3 mol) (6.82 x 10-4 mol) = 5.4 x 10-4 mol 여기서계산된양은 5.4 x 10-4 M 만큼 biomass 가증가된다는것을뜻함 참고 : ph=7 일때, [C] = 2.25 x 10-4 + 1.00 x 10-3 + 0 = 1.22 x 10-3 ph=10 일때, [C] = 0 + 4.64 x 10-4 + 2.18 x 10-4 = 6.82 x 10-4
알칼리도가 CO 2 용해도에미치는영향 알칼리도가높을수록물에서 CO 2 용해도는큰데, 이것은알칼리도가 0 인 순수한물에서의 CO 2 용해도를 1.00 x 10-3 M NaOH 를포함하는 알칼리도가 1.00 x 10-3 eq/l 인물에서의용해도를비교하면알수있음 문 ) 390 ppm 의 CO 2 를포함하는대기와평형에있는순수한물에 녹을수있는 CO 2 용해도는? [CO 2 (aq) ] 알칼리도 0 인물에서 CO 2 의용해도 2 [CO 2 (aq) ] 와 [HCO 3- ] 는기계산값사용 ( 뒷쪽 PPT 참고 ) 용해도 = [CO 2 (aq) ] + [HCO 3- ] = 1.276 x 10-5 + 2.38 x 10-6 = 1.514 x 10-5 M 알칼리도 1.0 x 10-3 M 인물에서 CO 2 의용해도 : 60 배이상큼 CO 2 (aq) + OH - HCO 3 - 용해도 = [CO 2 (aq) ] + [HCO 3- ] = 1.276 x 10-5 + 1.00 x 10-3 = 1.01 x 10-3 M
참고사항 문 ) 25 에서대기 (CO 2 의농도 : 390 ppm) 와평형을이루고있는물의용존 CO 2 농도, [CO 2 (aq)] 의값은 1.276 10-5 M이다. 이조건에있는물의 ph와 [HCO 3- ] 를구하시오. [HCO 3- ] [H + ] 해 ) K a1 = = 4.45 x 10-7 [CO2 (aq) ] [HCO - 3- ] [H + ] = (4.45 x 10-7 ) (1.276 10-5 ) = 5.6782 x 10-12 [HCO 3- ] = [H + ] = (5.6782 x 10-12 ) ½ = 2.38 x 10-6 (M) ph = - log [H + ] = - log (2.38 x 10-6 ) = 5.62 ( 대기중 CO 2 (g) 와평형일때 ) 약산성임 CO 2 기체가녹아있지않는순수한물의 ph 7 보다는낮다.
칼슘과기타금속들 수화금속양이온의형태 : M(H 2 O) m n+ 물에존재하는금속의종류와농도는주로물과접촉하는암석에의존금속이온들은여러화학반응을통해가장안정한상태로변함 산 - 염기반응 : Fe(H 2 O) 3+ 6 Fe(OH)(H 2 O) 3+ 5 + H + 침전반응 : Fe(H 2 O) 6 3+ Fe(OH) 3 (s) + 3 H 2 O + 3 H + 산화환원반응 : Fe(H 2 O) 6 2+ Fe(OH) 3 (s) + 3 H 2 O + e - + 3 H +
산으로서의수화금속이온 수화금속이온 : 산으로거동 Fe(H 2 O) 6 3+ Fe(H 2 O) 5 OH 2+ + H + K a1 = 8.9 x 10-4 ( 비교적강산 ) Fe(H 2 O) 6 3+ Fe(OH) 3 (s) + 3H + + 3H 2 O 3 가금속의수화물 (Fe(III) 와같은 ) 은 중성또는 ph 7 이상에서적어도하나의 H + 를잃음 2 가금속이온은 ph 가 6 이하에서 H + 이온을잃지않음 1 가금속이온 (Na 와같은 ) 은산으로전혀작용하지않음 금속이온에결합된 OH - 는두금속을연결하는다리원자단으로작용가능 dehydration-dimerization 과정으로설명가능 2 Fe(OH)(H 2 O) 5 2+ dimer, {(H 2 O) 4 Fe(OH) 2 Fe(H 2 O) 4 4+ } + 2 H 2 O dimer 에결합된 H 2 O 가수소를잃고 OH - 결합되면 polymer 가생성될수있고, 계속진행되면 colloid hydroxyl polymer 가형성되고, 침전물, Fe(OH) 3 (s) 이생성됨 OH - 와중합화학종을형성하는금속들 Fe(III), Al(III), Be(II), Bi(III), Ce(IV), Co(III), Cu(II), Ga(III), Mo(V) Pb(II), Sc(II), Sn(IV), V(VI) 등
Calcium Ca 2+ 이온은 Mg 2+, Fe 2+ 와함께물의경도 (water hardness) 에기여. 물의경도가미치는영향을설명하기위한예 : 비누가엉겨침전이형성되는현상 일시적경도 (temporary hardness) 칼슘과탄산수소이온에기인, 물을끓이면제거될수있음 Ca 2+ + 2HCO 3 - CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O 온도가증가하면위의반응은오른쪽으로진행되면서 CO 2 가스방출 일시적인경도를나타내는물을끓이면흰색의침전물 (CaCO 3 ) 을볼수도있음 이산화탄소의농도가높은물 칼슘미네랄로부터칼슘이쉽게용해 CaCO 3 (s) + CO 2 (aq) + H 2 O Ca 2+ + 2HCO 3 - 이반응이역으로진행된다면물에서 CO 2 가없어지며, 탄산칼슘의침전이생성 용존 CO 2 의농도에따라탄산칼슘의녹는정도가결정됨 물이대기와평형으로얻는 CO 2 는 그양이충분치못해자연수특히지하수에서칼슘의용해에크게기여하지않음 이에비해미생물의호흡은 물, 침강물, 토양에존재하는유기물질을분해하여높은농도의 CO 2 와 HCO 3- 를생성 {CH 2 O} + O 2 CO 2 + H 2 O
용존이산화탄소와탄산칼슘광물질 문 ) 고체탄산칼슘과대기 CO 2 와평형에있는물에존재하는화학종의농도는? [HCO 3- ], [Ca 2+ ] 를먼저계산하려면, K 식에 K a1, K a2, K sp 식을대입하고, 공기와평형인물의 [CO 2 (aq)] = 1.276 x 10-5 M 을대입하고, [Ca 2+ ] = ½[HCO 3- ] 를이용해계산하면 [HCO 3- ] 와 [Ca 2+ ] 를구할수있음. [Ca 2+ ] 농도값을 K sp 식에대입하면 [CO 3 ] 계산가능그리고 K a1 식을이용하면 [H + ] 계산가능 CaCO 3 (s) + CO 2 (aq) + H 2 O Ca 2+ + 2HCO 3 - [Ca 2+ ][HCO 3- ] 2 K sp K a1 K = = = 4.24 x 10-5 [CO2 (aq) ] K a2 [HCO 3- ] [H + ] K a1 = = 4.45 x 10-7 [CO2 (aq) ] [CO 3 ] [H + ] K a2 = = 4.69 x 10-11 [HCO 3- ] K sp = [Ca 2+ ] [CO 3 ] = 4.47 x 10-9 [CO2(aq)] = 1.276 x 10-5 M [Ca 2+ ] = 5.14 x 10-4 M [HCO 3- ] = 1.03 x 10-3 M K a1 식에 [CO 2 ], [HCO 3- ] 를대입하면 [H + ] 계산가능 [CO 3 ] = 8.70 x 10-6 M [H + ] = 5.54 x 10-9 M15 ph = 8.26
착물화와킬레이트화 Fe(H 2 O) 6 2+ + CN - FeCN(H 2 O) 5+ + H 2 O CN - 이온은연이어철과계속결합되면 Fe(CN) 2, Fe(CN) 3-, Fe(CN) 4, Fe(CN) 5 3-, Fe(CN) 6 4- 가생성될수도있다. 생체에서중요한역할- 호흡, 광합성, 운반불용성금속화합물이리간드와결합하여용해- 도금, 세척제금속이온과리간드가불용성착화합물생성 - 오염물질제거방사성원소 (Pu 4+, Am 3+, Cm 3+, Th 4+ 의 EDTA 착물- 큰이동성 금속이온 생물학적이온 : Mg 2+, Ca 2+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Cu 2+, Zn 2+, VO 2+ 오염이온 : Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Cd 2+, Ba 2+, 킬레이트리간드 Lone pair electron: CN -, O 2, H 2 O, OH -, RCOO -, NH 3, EDTA, NTA, pyrophosphate(p 2 O 7 ) en, ox,..
자연수와폐수에존재하는작용기들의대표적인예 - 이들리간드들은오염되지않은물과생물학적시스템에존재하는대부분의금속이온 (Mg 2+, Ca 2+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Cu 2+, Zn 2+, VO 2+ ) 과착물형성. - 또오염된물에존재하는이온인 Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Cd 2+, Ba 2+ 이온과도결합. M-NTA - 의구조
착물화는금속의흡착성, 분포, 이동성및금속의운명에영향을미침 생체이용도, 독성, 식물섭취등생화학적으로도영향을미침헤모글로빈의 Fe, 클로로필의 Mg과같은금속의착물은생명과정에필수적 킬레이트제의중요성 Ethylenediaminedisuccinic acid 토양방선상균의대사물질 자연적인근원에의해생성됨
금속착물의결합과구조 진균류에의해합성되거나추출된페리크롬 (ferrichrome) 철 (III) 과강한착물형성 아나베나 (Anabaena) 종의사이아노박테리아 (cyanobacteria) 청록색의광합성조류 (algae) 이조류가무성하게번성하는동안철과선택적인 chelate 를이루는하이드로아메이트 (hydroamate) chelate 제가상당량분비된다는것이관찰됨. 이러한광합성생물은 hydroamate 와철이 chelate 를이루게함. Scenedesmus 같이경쟁적인입장에있는다른녹조류 킬레이트화된철을취하지못함즉, 사이아노박테리아의성장은도모하면서, 다른조류의성장은저해하여사이아노박테리아가우점종 (predominant species) 이되도록함. 이와같은예를 chelate 제의이중적인기능이라고할수있음. 철 (III) 에대해선택적인킬레이트제를생성하는조류는사이아노박테리아에속하는 Plectonema, Spirulina 와그밖에 Chlorella, Scenedesmus, Porphyrium 이있음.
화학종농도의계산 Zn 2+ + NH 3 [Zn(NH 3 ) ] 2+ K 1 ( 단계적생성상수 ) [Zn(NH 3 ) ] 2+ + NH 3 [Zn(NH 3 ) 2 ] 2+ K 2 [Zn(NH 3 ) 2 ] 2+ + NH 3 [Zn(NH 3 ) 3 ] 2+ K 3 [Zn(NH 3 ) 3 ] 2+ + NH 3 [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ K 4 Zn 2+ + 4 NH 3 [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ β 4 = K 1 K 2 K 3 K 4 ( 총괄생성상수 ) 수계에서 metal chelate가관련된반응에대한계산 착물화그자체뿐아니라 ligand와 H + 이온의경쟁, ligand에대한금속이온의경쟁, 금속에대한 ligand의경쟁, 다양한침전제에의한금속이온의침전등이고려되어야함
탈수소화리간드에의한착물화 EDTA: ph 11 이상에서해리, Y 4- [CuY ] K 1 = = 6.3 x 10 18 [Cu 2+ ][Y 4- ] Cu 2+ : 5mg/L EDTA: 200mg/L= 5.4 x 10-4 M [CuY ]/ [Cu 2+ ] = [Y 4- ] K 1 [Cu 2+ ]= 2.3 x 10-20 M = 3.3 x 10 15
수소화리간드에의한착물화 H 3 T + H 2 O H 2 T - + H 3 O + K a1 = 2.18 x 10-2 pk a1 = 1.66 H - + 2 T + H 2 O HT + H 3 O K -3 a2 = 2.12 x 10 pk a2 = 2.95 HT + H 2 O T 3- + H 3 O + K a3 = 5.25 x 10-11 pk a3 = 10.28
NTA 리간드의산해리 H 3 T + H 2 O H 2 T - + H 3 O + T= NTA(NitriloTriAcetate) H 2 T - + H 2 O HT + H 3 O + N(CH 2 COONa) 3 M = 257 25 mg/l = 9.7 x10-5 M HT + H 2 O T 3- + H 3 O + ph 변화에따른 NTA 화학종의몰분율 (α x )
NTA 에의한납이온의용해 NTA 는강한킬레이트제 : 세척제나전기도금에사용생태계에유입되면, 중금속용해 ph=8 주종 HT Pb(OH) 2 (s) + HT PbT - + OH - + H 2 O Pb(OH) 2 (s) Pb 2+ + 2OH - K sp= 1.61 x 10-20 HT + H 2 O T 3- + H 3 O + K a3 = 5.25 x 10-11 Pb 2+ + T 3- PbT - K f = 2.45 x 10 11 [PbT - ] [OH - ] K sp K a3 K f K = = = 2.07 x 10-5 [HT ] K w [PbT - ]/ [HT ] = K/[OH - ] = 20.7 ph 가증가함에따라, [PbT - ] 는감소
금속탄산염과 NTA 반응 PbCO 3 (s) Pb 2+ + CO 3 K 네 = 1.48 x 10-13 Pb 2+ + T 3- PbT - K f = 2.45 x 10 11 HT T 3- + H + K a3 = 5.25 x 10-11 HCO 3 - CO 3 + H + K a2 = 4.69 x 10-11 PbCO (s) + T P T - + HCO - 3 [PbT - ] [HCO 3- ] K sp K a3 K f K = = = 4.06 x 10-2 [HT ] K a2 [PbT - ]/ [HT ] = K/[HCO 3- ] = 40.6 [HCO 3- ] 가증가함에따라, 납의용해도는감소 [HCO 3- ] 가감소함에따라, 납의용해도는증가
Chelate 와난용성고체염과의반응에대한칼슘이온의영향 칼슘이온은자연수와폐수에다량존재 난용성염 (PbCO 3 ) 과경쟁적으로 chelate 형성 HT T 3- + H + K a3 = 5.25 x 10-11 Ca 2+ + T 3- CaT - K f = 1.48 x 10 8 Ca 2+ + HT CaT - + H + [CaT - ] [H + ] K = = K a3 K f = 7.75 x 10-3 [Ca 2+ ][HT ] ph=7.00 [Ca 2+ ]= 10-3 M [CaT - ]/ [HT ] = [Ca 2+ ] K / [H + ] = (10-3 )(7.75 x 10-3 )/(10-7 ) =77.5 이조건에서 NTA 대부분 : 칼슘착물, CaT - 로존재 ph가감소함에따라, 칼슘의용해도는감소
[Ca 2+ ] = 10-3 M 에서 CaT - 는 PbCO 3 와반응 아래와같이계산하면, [Ca 2+ ] = 10-3 M 에서납은 NTA 의 1/3 과 chelate 형성이에비해, Ca 2+ 이온이없다면 PbCO 3 는모두 NTA 와 chelate 형성 PbCO 3 (s) + CaT - + H + Ca 2+ + PbT - + HCO 3 - [Ca 2+ ][PbT - ] [HCO - 3 ] K K = = = 5.24 [CaT - ][H + ] K PbCO 3 (s) + HT Pb T - + HCO - 3 [PbT - ] [HCO 3- ] K sp K a3 K f K = = = 4.06 x 10-2 [HT ] K a2 Ca 2+ + HT CaT - + H + K = K a3 K f = 7.75 x 10-3 ph=7 에서 [Ca 2+ ]= 10-3 M, [HCO 3- ]= 10-3 M, [PbT - ] [H + ]K = = 0.524 [CaT - ] [Ca 2+ ][HCO 3 - ]
폴리인산염과인산염 Phosphorous oxoanion PO 4 3-, P 2 O 7 4-, P 3 O 10 5- 수처리, 단물화, 세척보조제로사용 Phosphoric acid H 3 PO 4 pk a1 = 2.17, pk a2 = 7.31, pk a3 = 12.36 Diphosphoric acid pk H 4 P 2 O a1 = 강산, pk a2 = 2.64, pk a3 = 6.76 pk a4 = 9.42 7 Triphosphoric acid H 5 P 3 O 10 강산, pk a3 2.30, pk a4 = 6.50 pk a5 = 9.24-3H + - 2H + Triphosphoric acid H 5 P 3 O H 10 2 P 3 O 3- P 10 3 O 5-10 ph<4.5 ph<9.5
폴리인산염과인산염 폴리인산염 2PO 3-4 + H 2 O P 2 O 4-7 + 2OH - 유리인산소듐 (vitreous sodium phosphate) 은 4 개에서 18 개의인원자로된선형인산들의혼합물이다. 이중중간길이정도의인산들이대부분을차지
폴리인산의가수분해 H 4 P 2 O 7 미생물 H 2 O Phosphoric acid H 3 PO 4 폴리인산의착물화 사슬형인산알칼리금속과착물형성 고리형인산은약한착물형성 인산염 인산염킬레이트제 NTA 및 EDTA 와같은 aminopolycarboxylate 와구조적으로유사대표적인예 : NTMP
휴믹물질 ( 부식질 ) 에의한착물화 Humic substance C: 45-55% O: 30-45% H: 6-3% N: 1-5% S: 0-1% Humin: 식물잔류물질 Humic acid: 산성화된추출액에서침전되는물질 Fulvic acid: 산성화된용액에남아있는유기물질 철알루미늄 : 부식질과강한결합 Ni 2+, Pb 2+, Ca 2+, Zn 2+ : 중간 Mg 2+ : 약한결합 1g fulvic acid 산도 : 114 meq 카르복실기 : 8-9 meq 페놀성 OH: 3-6 meq 알콜성 OH: 3-5 meq 카르보닐기 : 1-3 meq
부식질 fulvic acid 의가상적구조 부식질과금속이온 (M 2+ ) 의결합
착물화와산화 - 환원과정 납의산화반응 Pb Pb 2+ + 2e - 많은금속은산화되면서산화물, 탄산염, 또는불용성화학종으로변하여자체보호막을형성함으로써더이상의화학반응이진행되지않게함 구리와알루미늄지붕, 건축용철재가좋은예 M + ½O 2 MO 금속과접촉하는킬레이트제 보호막을지속적으로용해할수있으며노출된금속은쉽게부식됨 예 ) 폐수에있는킬레이트제 : 금속배관을부식시켜중금속유출가능