순도시험 - 과망간산칼륨환원성물질 (과망가니즈산 적정법)

과망간산칼륨환원성물질 순도시험

이 시험은 시료에 산화에 의해 검출 가능한 불순물(환원성 물질)이 존재하는지 확인하기 위한 것이다. 예를 들어 당류, 알데하이드, 페놀류, 아황산, 환원성 염소 화합물, 철(II) 이온 등의 미량 불순물이 해당된다.
이러한 물질들은 제품의 안정성에 영향을 줄 수 있고, 변색, 변질, 산화 등의 부작용을 유발할 수 있기 때문에 품질시험에서 반드시 확인되어야 한다.

과망간산칼륨 용액을 환원시키는 물질의 양을 측정하여 해당 물질의 순도를 확인하는 시험이다.

과망간산칼륨은 강력한 산화제이므로, 환원성 물질이 존재할 경우 과망간산칼륨과 반응하여 붉은색이 탈색된다. 이 탈색 정도를 통해 환원성 물질의 양을 측정하는 원리다.

 

과망가니즈산칼륨(KMnO₄)은 강력한 산화제이며, 산성 조건에서 자주색을 띠다가 환원되면 담홍색(Mn²⁺)으로 변한다.
이 성질을 이용하여, 시료에 과망가니즈산칼륨을 첨가했을 때, 자주색이 사라지는지를 관찰함으로써 환원성 불순물의 존재를 간접적으로 판별할 수 있다. (대한민국약전(KP)에서는 빨간색이라고 되어있음)

• 시험은 보통 다음과 같은 방식으로 진행된다:

1. 시료를 물 또는 적절한 용매에 용해
2. 0.02 M 과망가니즈산칼륨(Potassium Permanganate)용액 및 황산을 일정량 첨가
3. 정해진 시간 동안 가열 또는 반응 유지
4. 색의 소실 여부 또는 KMnO₄ 용액의 소비량 확인

• 정상적인 순도라면 과망가니즈산칼륨의 색(빨간색)이 소실되지 않아야 하며, 정량적으로도 기준량 이상 소비되지 않아야 한다.

반응식 (예시)

산성 조건에서의 환원 반응:

과망간산칼륨은 산화·환원 적정에서 가장 많이 사용하는 산화제 중의 하나

- 산성용액 : MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O - 염기성이나 중성 용액 : MnO₄⁻ + 2H₂O + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻

·         산성 용액에서 과망가니즈산 이온이 Mn²⁺이온으로 환원되면서 일으키는 강력한 산화작용에 의해 시료를 산화한다. 위 반응식에서 과망가니즈산 이온 1몰이 전자 5몰을 받아들였으므로 과망가니즈산 칼륨 1몰은 5당량이다.

·         염기성이나 중성 용액에서는 과망가니즈산 이온 1몰이 전자 3몰을 받아들였으므로 3당량으로 작용.

 

환원성 불순물이 전자를 제공하면 KMnO₄가 Mn²⁺로 환원되며, 자주색이 점점 퇴색하게 된다.

 

예시: 시험법의 실제 적용

• 대한민국약전(KP)의 경우, "환원성 물질 시험"이라는 항목으로 다음과 같이 제시됨:
  • 정량된 KMnO₄ 용액을 일정 시간 가열했을 때, 시료에 의해 그 색이 소멸되거나 너무 많이 줄어들지 않아야 함.
  • 기준량보다 많은 양의 KMnO₄가 소모되면, 순도 미달로 판단한다.

예를 들어 정제수시험에서는, 100mL 정제수에 묽은황산 10 mL과 0.02 M 과망가니즈산칼륨 0.10 mL을 넣고 10분간 끓인 후 빨간색이 유지되어야 한다.
만약 색이 사라지면 환원성 불순물(철, 황산염 등)이 있다는 뜻이 된다.

 

마무리

눈으로 확인하는 색의 변화, 그리고 그 안에 숨겨진 불순물의 존재.
과망가니즈산칼륨 환원성 물질 시험은 단순히 자주색이 흐려지는 현상을 보는 것이 아니라, 제품의 신뢰성을 보장하는 데 결정적인 열쇠를 쥐고 있는 절차다.

"색이 바랜다는 것"은 화학에서 단순한 시각적 변화가 아니다.
그건 곧 약속된 순도에서 멀어졌다는 신호이며, 우리는 그 변화를 통해 눈에 보이지 않는 불순물의 실체를 마주하게 된다.