아이오딘화납 앙금생성반응과 일정성분비의 법칙

아이오딘화 납 화학반응식

아이오딘화 칼륨(KI, potassium iodide) 수용액과 질산납(Pb(NO3)2, lead nitrate) 수용액을 반응시키면 아이오딘화 납(PbI2, lead iodide)이 생성되는데, 침전물(sediment)이 노란색 앙금으로 관칠이 됩니다. 화학반응식은 아래와 같습니다.

 

아이오딘화칼륨 + 질산납 → 아이오딘화납↓ (노란색 앙금) + 질산칼륨

2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) → PbI2(s)↓ + 2KNO3(aq)

 

참고로, 사실 수용액에서 (aqeous) 반응물인 두 물질은 이온으로 존재를 하기 때문에 분자반응식이 아닌 이온반응식으로 아래와 같이 나타낼 수 있습니다.

 

2K^(+) + 2I^(-) + Pb^(2+) + 2NO3^(-) → PbI2↓ + 2K^(+) + 2NO3^(-)

 

따라서, 알짜이온반응식은 아래와 같이 됩니다.

 

2I^(-) + Pb^(2+) → PbI2

 

아이오딘화납 생성반응, 노란색 앙금이 침전된다. 이미지 출처: quora.com

 

 

일정성분비 법칙 확인 실험

이미 알고 있듯이 화학반응식에서 계수가 가지는 의미는 양적 관계 파악에 중요한데요, 그 이전에 좁은 범위의 맥락에서 화합물을 이루는 성분 원소의 질량비가 일정하다는 일정성분비의 법칙(law of definite proportions)을 아이오딘화 납 앙금생성반응 실험을 통해 이해할 수 있습니다. 화합물을 이루는 원소의 조성은 항상 같다는 의미가 있기 때문에 다른 말로는 정비례의 법칙이라고도 하며, 처음 이 법칙을 이야기한 화학자의 이름을 따서 Proust's law라고 하기도 합니다.

 

10% 아이오딘화 칼륨 수용액 6.0ml가 담겨있는 시험관 6개를 준비하고 각각 10% 질산납 수용액의 부피를 0, 2, 4, 6, 8, 10mL와 같이 다르게 첨가하여 반응을 시키고 앙금의 높이를 측정하는 실험을 한다고 해봅시다. 실험 결과를 살펴보면 질산납 수용액의 부피가 0일 때, 2mL 첨가하였을 때, 4mL 첨가하였을 때는 시험관에서 생성되는 노란색 침전물의 양이 앙금의 높이를 통해 점점 증가하는 것이 관찰이 됩니다. 하지만, 6, 8, 10mL를 첨가한 시험관에서는 더 이상 앙금의 높이 증가가 관찰되지 않죠.

일정성분비의 법칙, 질산납을 첨가하여도 어느 순간부터 앙금이 더이상 생성되지 않는다. 이미지 출처: javalab.org

 

왜냐하면 더 이상 반응할 수 있는 아이오딘화 칼륨, 정확하게 말하면 아이오딘 이온이 남아있지 않기 때문입니다. 그리고, 부피비가 1:1로 반응한다는 것을 짐작하 수도 있겠죠. 사실 일정한 온도와 압력에서 물질의 비중을 생각할 때 부피비가 질량비와 같겠죠. 위의 이미지에 보면 볼트와 너트의 조립으로 비유가 되어 있는데 쉽게 이해할 수 있을 것입니다.

 

실험의 결론은 아이오딘화 칼륨 수용액과 반응하는 질산납 수용액의 양은 일정하다는 것이고, 여기서 아이오딘화 납이 생성되는 반응에서 일정한 질량비가 성립한다는 것으로 정리할 수 있습니다.