SRI 합격노트 | 용매추출에서 두 액상의 분배 차이를 이용하는 원리

이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.

1. 문제

방사화학적 분리에 이용하는 용매추출의 원리와 분배비의 의미를 설명하라.

2. 모범답안

1. 용매추출은 서로 잘 섞이지 않는 두 액상 사이에서 용질이 다르게 분배되는 성질을 이용하는 분리법이다.

2. 목적 성분과 불순물의 분배비 차이를 이용한다. 수용액·유기상 계에서는 보통 유기상 전체 분석농도를 수상 전체 분석농도로 나눈 값을 분배비 D로 나타낸다.

3. 분배비는 화학형·산도·착물 형성 등의 조건에 따라 달라지며, 한 번의 추출만으로 완전한 회수가 보장되지는 않는다.

3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용

3.1. 두 액상 사이의 이동과 상분리가 핵심이다

목적 핵종을 포함한 수용액과 물에 잘 섞이지 않는 유기상을 접촉시키면, 성분들이 각각의 화학적 성질에 따라 두 상에 분배된다. 접촉 후 액층을 나누어 목적 성분이 더 많이 이동한 쪽을 회수한다.

침전·공침이 고체를 형성해 분리하는 방법이라면, 여기서 다루는 액체·액체 용매추출은 두 액상의 분배 차이를 이용한다. 단순히 방사성이라는 이유가 아니라 원소와 화학형의 성질에 따라 분리되므로, 목적 핵종에 맞는 화학 조건을 선택해야 한다.

3.2. 분배비와 특정 화학종의 분배상수를 구분한다

수용액·유기상 계에서 분배비를 다음과 같이 정의한다.

그림의 C_org,tot와 C_aq,tot는 각각 유기상과 수상에 존재하는 목적 성분의 전체 분석농도이다. 두 농도를 같은 단위(예: mol/L)로 쓰면 D는 무차원이다. 서로 다른 화학형으로 존재하는 양까지 합한 농도라는 점이 중요하다.

특정 화학종의 평형 분배상수와 달리 D는 산도나 착화제 등 실험 조건에 따라 달라질 수 있다. 또한 D를 측정했다는 사실만으로 두 상이 평형에 도달했다고 단정하지 않는다.

3.3. 회수율과 선택성은 같은 말이 아니다

목적 성분이 유기상으로 잘 이동하더라도 불순물도 함께 이동하면 충분한 분리는 이루어지지 않는다. 따라서 목적 성분의 회수뿐 아니라 불순물과의 분배 차이도 중요하다.

용매추출을 원소 종류가 적은 혼합물에만 적용하는 방법으로 제한하지 않는다. 적용 가능성은 추출 조건과 선택성에 달려 있으며, 여러 번 추출하거나 다른 분리법과 조합할 수 있다. 유화로 액층 분리가 어려워지거나 유기폐액이 발생하는 등의 한계도 고려한다.

SRIJH