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Rosemount Analytical

Rosemount Analytical. ORP 산화 환원 전위. BY JIM GRAY. 정의. 산화 : 어떤 화학 종 (원자, 분자 또는 이온)에 의해 전자를 잃는 것을 의미. 예 : Fe = Fe +2 + 2e - 철 철 이온 전자 이 종의 산화 상태 는 증가 했다고 말한다. 이 종은 산화되었다 고 말한다. 정 의. 환원 : 어떤 화학 종 (원자, 분자 또는 이온)에 의해 전자를 얻는 것을 의미. 예 :

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Presentation Transcript

  1. Rosemount Analytical

  2. ORP 산화 환원 전위 BY JIM GRAY

  3. 정의 • 산화 : 어떤 화학 종 (원자, 분자 또는 이온)에 의해 전자를 잃는 것을 의미. • 예 : • Fe = Fe+2 + 2e- 철 철 이온 전자 • 이 종의 산화상태는 증가했다고 말한다. • 이 종은 산화되었다고 말한다.

  4. 정 의 • 환원 : 어떤 화학 종 (원자, 분자 또는 이온)에 의해 전자를 얻는 것을 의미. • 예 : • Cl2 + 2e- = 2Cl- 염소 전자 염소 이온 • 이 종의 산화 상태는 감소하였다고 말한다. • 이 종은 환원되었다고 말한다.

  5. 정의 • ORP: 산화 환원 전위 • 어떤 용액이 화학 종을 산화 또는 환원시키는 능력의 척도. • ORP는 밀리볼트(mV) 단위로 측정된다. • ORP는 또한 redox라 불리운다. 이것은 산화-환원 전위를 줄인 말이다.

  6. 산화 반응은 항상 환원반응을 동반한다 • 산화 : Fe = Fe+2 + 2 e- • (반-반응) • 환원 : Cl2 + 2 e- = 2 Cl- • (반-반응) ____________________________ • 전체 반응 : Fe + Cl2 => FeCl2

  7. 표준 산화 환원 반응 전위 • 산화제 : E0 (mV) • O3 + 2H+ + 2e- = O2 + H2O +2,007 • HOCl + H+ + 2e- = Cl- + H2O +1,490 • 비교 (수소 전극) : • 2H+ + 2e- = H2 0.0 • 환원제 : • SO4-2 + H2O + 2e- = SO3-2 + 2 OH- -930 • Na+ + e- = Na -2,713

  8. 표준 산화 환원 반응 전위 • 염소에 의한 철의 산화 : • Fe = Fe=2 + 2 e- -E0 (Fe+2 / Fe ) = 44mV • Cl2 + 2 e- = 2 Cl- E0 (Cl2 / Cl- ) = 1390 mV • Fe + Cl2 => FeCl2 +1439 mV > 0 • (반응 진행) • 철 이온에 의한 염소의 산화 : • Fe+2 + 2 e- = Fe E0 (Fe+2 / Fe ) = -44 mV • 2 Cl- = Cl2 + 2 e- -E0 (Cl2 / Cl- ) = -1390 mV • Fe+2 + 2 Cl- => Fe + Cl2-1439mV < 0 • (반응이 진행되지 않음)

  9. 용액의 ORP • 반-반응 : • aA + bB + cC + ... + ne => xX + yY + zZ + .... • NERNST 방정식 : 용액의 ORP는 다음의 함수이다 : 1 표준 전위 2 반-반응에서 모든 화학 종의 농도 3 온도 (T) 4 반-반응에서 전자의 수 (n) ( R 과 F는 상수 )

  10. 차아염소산 용액의 ORP • 반-반응 : • HOCl + H+ + 2e- => Cl- + H2O • E0 = 1,490 mV • NERNST 방정식 (250 C)

  11. 과망간산염의 용액 ORP • 반-반응 : • Mn04- + 8H+ + 5e- => Mn+2 + 4H2O • E0 = 1,510 • NERNST 방정식 :

  12. ORP의 측정 E(M) 전압 측정 ( 고 임피던스) E(ORP) E(비교) ORP 전극 (백금 또는 금 ) 비교 전극 (pH측정에 사용되는 것과 같은 표준 은/염화은) E(ORP) = E(M) + E(비교)

  13. ORP 전극의 작용 방법 산화 용액 환원 용액 전극에서 발생된 전자 전극이 받아 들이는 전자 e- e- O R 전극은 OPR와 같은 음의 전하를 얻는다 전극은 ORP와 같은 양의 전하를 얻는다 _ _ + + _ _ _ _ + + + +

  14. ORP 측정에 영향을 주는 인자 • ORP 전극에 영향을 주는 인자 • 교환 전류의 밀도 • 오염 물질 • 백금 또는 금 ORP 전극 • 비교 전극에 영향을 주는 인자 • 오염 물질 • 액체 졍션의 막힘 또는 코팅 현상 • ORP의 시스템에 영향을 주는 인자 • 온도

  15. 교환 전류의 밀도 i- i- i+ i+ 교환 전류의 밀도가 작은 경우 교환 전류의 밀도가 큰 경우 - 응답이 느림 - 응답이 빠름 - 정확도 및 반복도가 좋음 - 정확도 및 반복도가 나쁨

  16. 산화 환원 쌍을 낮은 교환 전류 밀도로 측정하는 경우의 산소 오류 교환 전류의 밀도가 높은 경우 교환 전류의 밀도가 낮은 경우 산화 환원 쌍 산화 환원 쌍 산소 쌍 산소 쌍 산화 환원 쌍의 정확한 측정 용존 산소가 측정 OPR를 변화 시킴

  17. 백금 ORP 전극과 금 ORP 전극 • 샘플 전극 • 강한 산화 용액 금 • 염소 성분이 있는 산화 용액 백금 • 천연 수 백금 • 기타 용액 백금

  18. 비교 전극에 영향을 주는 요인 • 비교 전극의 오염 • 비교 전극의 막힘 또는 코팅 • 액체 졍션의 전위

  19. ORP 측정 장치의 온도 의존성 • NERNST의 온도 의존성 • 용액의 화학 성분에 대한 온도 의 영향 • 비교 전극은 온도에 따라 변한다

  20. ORP의 NERNST 온도 의존성 • NERNST 방정식 : • 명백한 온도 의존성 • 온도에 따른 전위의 변화는 전자의 수 (n)와 농도 항목 (log Q)에 의존한다.

  21. 온도에 따른 pH의 변화 와 ORP에 대한 영향 온도 pH 변화 ORP 변화 ORP 변화 (도 C ) (pH > 9pH ) (29.58 mV/pH 25C) (59.16 mV/pH 25 C) 10 .27 7.6 (mV) 15.2 (mV) 20 .08 2.3 4.6 25 0 0 0 30 -.08 -2.4 -4.8 40 -.23 -7.1 -14.2 50 -.37 -11.9 -23.8 60 -.47 -15.5 -31.0

  22. 용액의 화학적 성분에 대한 온도의 영향 • 온도 변화는 화학종의 포화 또는 거의 포화상태에서 농도에 영향을 주며 NERNST 방정식에 나타나 있다 • 용액 속에서 복합물을 형성하는 화학종의 농도는 온도에 영향을 받는다

  23. 온도에 따른 비교 전극의 변화 • 비교 전극은 ORP 측정 장치의 일체형 요소이다 : • E(ORP) = E(M) + E(REF) • 비교 전극의 밀리볼트 전위는 온도에 따라 변한다. - KCl 충전 용액의 농도에 따라 전위는 도 C 당 0.7에서 0.8 mV 씩 변한다. • 이 것은 더 나아가 측정된 ORP의 온도 의존성을 늘리게 된다

  24. 농도 측정에 ORP 사용하기 • ORP를 이용하는 농도의 측정의 정확도는 : • 밀리볼트 측정의 정확도 • 반-반응 상태에 있는 다른 화학종의 농도가 ORP에 영향을 주는 정도 • 측정 온도의 범위 및 ORP의 온도 의존성 에 따라 다르다.

  25. ORP를 이용하는 차아염소산의 농도 측정 • NERNST 방정식 : • 차아염소산의 농도에 대하여 풀면 :

  26. 표준 ORP 수치에 근거한 측정 차아염소산 • 표준 ORP 수치에 근거한 측정 차아염소산에 대한 방정식 • 여기서 : • [HOCl] = 실제 차아염소산의 농도 • [HOCl]M = 차아염소산의 측정 농도 • [Cl]0 , pH0 = 표준 상태의 수치 • [Cl-] , pH = 표준화 후의 수치

  27. ORP를 이용한 농도 측정 • ORP는 일반적으로 좋은 농도 측정 방법이 아니다. 왜냐하면 : • 밀리볼트 측정의 정확도로 인한 농도측정의 큰 오차 • 다른 용액 조정의 영향 • 온도 영향으로 인한 다른 오차

  28. ORP 반응의 측정 • ORP의 가장 적절한 사용 • ORP 반응의 종점은 ORP 변화를 심하게 한다 • ORP와 그 측정에 영향을 주는 요소는 성공적인 적용에 중요하지 않다

  29. pH 의존도 없는 ORP 반응 측정 • 반응의ORP는 등량점 전 후의 과도한 산화제 또는 환원제에 근거를 둔다. • 등량점은 산화제와 환원제의 농도가 같아지는 지점이며 반응은 근본적으로 종료된다. 등량점 (EEP) 의 ORP는 다음과 같다 : • 여기서 E01 과 E02는 산화제 및 환원제의 표준 전위이며 n1과 n2는 각각에 대한 전자의 수이다.

  30. pH의 의존도를 이용한 ORP 반응 • 등량점 전 후의 ORP는 산화제 또는 과잉의 환원제로 인한 것이다. • 등량점 (EEP )의 ORP는 pH에 의존하며 다음의 식에 의해 주어진다: • 여기서, 전과 마찬가지로 , E01 과 E02는 표준 전위, n1과 n2는 전자의 수 그리고 a1과 a2는 Nernst 방정식으로 부터의 수소 이온 농도의 계수이다.

  31. ORP를 성공적으로 적용하기 위한 힌트 • ORP에 대한 지식 • 산화 환원 쌍이란 무엇인가 ? • ORP는 이상적으로 어떤 것이여야 하는가 ? • pH 의존도가 있는가 ? • 프로세스 샘플의 ORP를 실험실에서 점검.

  32. ORP의 적용 • 일반적으로 성공적인 적용 : • ORP 반응 측정 • 어떤 특정 ORP를 유지하기 위한 ORP 측정 ( 예를 들면 살균 용 ) • 문제가 되는 적용 : • 농도 측정

  33. ORP를 이용한 염소 누수 검출 • 반응 : Cl2 + H2O => HOCl + HCl • NERNST 방정식 : • ORP는 염소가 증가함에 따라 증가하여야 하나... • 증가는 다음에 따라 다르다 : • 염소와 염화물의 농도 및 pH. • 샘플에 환원제 사용

  34. 냉각탑 용수의 ORP 측정 • 냉각탑 용수의 염소량을 측정하기 위하여 ORP를 사용하는 것은 다른 농도 측정에서 문제가 되는 것과 같은 문제를 일으키기 쉽다. • 그러나 미생물의 살균 속도는 ORP가 증가함에 따라 증가되는 것으로 보여 진다. 따라서 ORP는 염소 주입량을 컨트롤 하는 셋포인트로 사용할 수 있다. • 냉각탑의 경우 ORP의 사용이 증가되는데 그 이유는 pH가 컨트롤 되어 이온이 발생하는 원인의 증강이 배출에 의해 제한되기 때문이다.

  35. 차아염소산 나트륨의 생성 • 반응 : Cl2 + 2NaOH => NaOCl + NaCl • NERNST 방정식 : • 이상적으로, [OCl-] = [Cl-], 따라서 방정식은 다음과 같이 단순화시킬 수 있다 : • ORP는 감소하는 가성 소다의 농도에만 의존한다.

  36. 차아염소산 생성에 대한 은 비교 전극 • 은은 염소로 산화되어 염화은 (AgCl)을 형성하며 염화물 전극 같이 작동한다. : • 은 비교 전극과 백금 ORP 전극의 NERNST 방정식은 다음과 같이 간단히 할 수 있다 :

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