나트륨표준액(KP)
염화나트륨 (표준시약)을 130 ℃에서 2 시간 건조하여 2.542 g을 정확하게 달아 물에 녹여 정확하게 1000 mL로 한다.
이 액 1 mL는 나트륨 (Na) 1.00 mg을 함유한다(1000 ppm).
130 ℃에서 2시간 건조하는 과정은 시약이 함유할 수 있는 미량의 수분을 완전히 제거하여 순수한 염화나트륨만을 사용하기 위함이다.
2.542 g의 염화나트륨을 정확하게 달아 1000 mL의 용액으로 만든다는 것은, 이 용액 안에 나트륨 이온(Na+)이 얼마나 들어 있는지 정량적으로 확인하고자 하는 의지가 담겨 있는 거다. 이러한 과정은 단순한 희석이 아니라, 질량 보존의 법칙과 비례 관계를 철저히 따른다.
1단계: 몰 질량과 질량 비율 계산
먼저, 염화나트륨(NaCl)의 전체 질량 중 나트륨(Na)이 차지하는 비율을 계산해야 한다. 염화나트륨의 분자량은 58.44 g/mol이며, 이는 나트륨의 원자량 22.99 g/mol과 염소의 원자량 35.45 g/mol의 합이다. 여기서 나트륨의 질량 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다.
22.99 g/mol / 58.44 g/mol ≈ 0.3934
이는 염화나트륨 전체 질량의 약 39.34 %가 나트륨이라는 것을 의미한다. 즉, 우리가 2.542 g의 염화나트륨을 사용했다면, 그 안에 들어있는 순수한 나트륨의 질량은 다음과 같이 계산된다.
2.542 g × 0.3934 ≈ 1.0000 g
이 계산 결과를 보면 2.542 g의 염화나트륨에는 정확히 1.0000 g, 즉 1000 mg의 나트륨이 포함되어 있다는 사실을 알 수 있다.
2단계: 용액의 최종 농도 분석
우리는 이 1000 mg의 나트륨을 물에 녹여 최종 부피를 1000 mL로 만들었다. 따라서, 이 용액 전체에는 1000 mg의 나트륨이 1000 mL의 부피 안에 균일하게 분포되어 있는 상태이다.
농도를 나타내는 단위 중 하나인 ppm(parts per million)은 용액 1 kg(또는 1 L)에 녹아 있는 용질의 mg 수를 의미한다. 이 경우, 1000 mL는 거의 1000 g(물의 밀도를 1 g/mL로 가정)에 해당하므로, 1000 g의 용액에 1000 mg의 나트륨이 녹아 있는 셈이 된다. 이는 곧 1000 ppm의 농도를 의미하는 것이다.
3단계: 최종 결과의 의미
만들어진 1000 mL 용액에서 1 mL를 취하면, 그 안에는 전체 부피의 1/1000만큼의 나트륨이 들어 있다.
1000 mg Na × 1 mL / 1000 mL = 1 mg Na
따라서, 이 액 1 mL는 정확히 나트륨(Na) 1.00 mg을 함유하게 되는 것이다.
이러한 관계는 단순한 우연이 아니라, 분자량과 질량 보존의 원리를 기반으로 한 정밀한 과학적 계산의 결과다. 2.542 g이라는 특정 질량을 사용한 것은 이 과정을 통해 정확히 1000 mg의 나트륨을 얻어 최종적으로 1 mL당 1 mg, 즉 1000 ppm이라는 유의미하고 편리한 농도의 표준 용액을 만들기 위함이었던 것이다.
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