물의 오염도를 측정하기 위해 유기물을 과망가니즈산칼륨 같은 강한 무기 산화제를 활용하는 방법을 설명해 주세요.

Question

물의 오염도를 측정하기 위해 유기물을 과망가니즈산칼륨 같은 강한 무기 산화제로 산화시킨 후, 반응하고 남은 산화제의 양을 특정 환원제로 역적정하여 소비된 산소량으로 환산하는 분석 과정을 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

과망가니즈산칼륨을 이용한 화학적 산소요구량 측정은 물속 유기물을 과량의 산화제로 완전히 분해한 뒤, 남은 산화제의 양을 환원제로 계산하는 역적정 방식으로 진행됩니다.

​먼저 오염된 물 시료에 산성 조건을 만들고 일정 농도의 과망가니즈산칼륨 표준용액을 정밀하게 과량 주입합니다. 이를 끓는 물에서 가열하면 강력한 산화력에 의해 물속 유기물들이 이산화탄소와 물로 산화 분해됩니다. 이 과정에서 과망가니즈산칼륨의 일부가 유기물 양에 비례하여 소비되며, 반응하고 남은 잔여 산화제가 용액 속에 존재하게 됩니다. 물이 더러울수록 소비량이 많아지므로 남은 산화제의 양은 적어집니다.

​가열 반응이 끝나면 용액에 남아 있는 과망가니즈산칼륨을 모두 반응시키기 위해 일정량의 옥살산나트륨 환원제를 다시 과량으로 넣습니다. 그러면 남아 있던 산화제는 모두 환원되고 이번에는 옥살산나트륨이 미량 남게 됩니다. 마지막으로 이 남은 옥살산나트륨을 다시 과망가니즈산칼륨 표준용액으로 역적정합니다. 무색이던 용액이 과망가니즈산칼륨 고유의 엷은 홍색으로 변해 30초 이상 유지되는 시점을 종말점으로 판정합니다.

​이후 전체 반응 단계를 역산하여 오직 유기물을 산화시키는 데만 소비된 과망가니즈산칼륨의 순수한 양을 도출합니다. 이 산화제 소비량을 화학 양론적 관계에 따라 동일한 산화력을 가진 산소의 질량으로 환산하고 시료의 부피로 나누면, 물의 유기물 오염도를 나타내는 수치가 최종 산출됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

물의 오염도를 평가할 때 사용하는 대표적인 지표 중 하나가 화학적 산소 요구량인데요, 이는 물속에 포함된 유기물이나 일부 환원성 물질을 화학적으로 산화시키는 데 필요한 산소의 양을 의미하며, 값이 클수록 일반적으로 오염 정도가 높다고 볼 수 있습니다. 과망가니즈산칼륨 같은 강한 산화제를 이용해 물속 유기물을 산화시킨 뒤, 반응 후 남은 산화제 양을 측정하여 얼마나 많은 산화제가 소비되었는지 계산하고, 이를 산소량으로 환산하는 원리인데요, 분석 과정은 먼저 일정 부피의 물 시료에 과량의 과망가니즈산칼륨 용액을 넣고 가열하거나 일정 조건에서 반응시킵니다. 이때 시료 속 유기물은 산화되고, 과망가니즈산칼륨은 환원되면서 일부가 소비되며, 물속 유기물이 많을수록 더 많은 산화제가 사용됩니다.

반응이 끝난 뒤에는 처음 넣었던 과망가니즈산칼륨 중 남아 있는 양을 알아야 하는데요, 이를 위해 특정 환원제를 가하여 남은 산화제와 반응시키고, 다시 적정 과정을 통해 얼마나 남았는지 측정합니다. 이 과정을 역적정이라고 하는데요, 역적정 결과로부터 처음 넣은 산화제 양과 남은 산화제 양의 차이를 구하면, 결국 유기물 산화에 실제로 소비된 산화제 양을 계산할 수 있습니다. 또한 소비된 산화제 양은 산화환원 반응의 화학량론을 이용해 산소의 양으로 환산되는데요, COD는 본질적으로 유기물을 산화시키는 데 필요한 산소량을 의미하기 때문입니다. 최종적으로 결과는 보통 mg/L 단위의 O₂ 양으로 표시됩니다. 감사합니다.