# 구리(Cu²⁺) 시료를 EDTA로 직접 적정할 수 없어 치환적정법을 사용하였다. 과량의 Mg-EDTA(MgY²⁻)를 Cu²⁺ 시료에 가하여 Cu²⁺가 Mg²⁺를 치환하게 한 후, 유리된 Mg²⁺를 EDTA로 역적정하였다. 이 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (log KCuY = 18.8, log KMgY = 8.7)

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> language: ko  
> subject: 착물 적정

## 문제

구리(Cu²⁺) 시료를 EDTA로 직접 적정할 수 없어 치환적정법을 사용하였다. 과량의 Mg-EDTA(MgY²⁻)를 Cu²⁺ 시료에 가하여 Cu²⁺가 Mg²⁺를 치환하게 한 후, 유리된 Mg²⁺를 EDTA로 역적정하였다. 이 방법에 대한 설명으로 **옳지 않은 것**은? (log KCuY = 18.8, log KMgY = 8.7)

## 보기

1. 이 방법에서 최종 EDTA 적정의 종말점은 Cu²⁺-지시약 착물이 분해될 때 나타나므로, Cu²⁺에 대해 선택적인 지시약이 반드시 필요하다. **✔ 정답**
2. 유리된 Mg²⁺의 mmol은 반응한 Cu²⁺의 mmol과 같으므로, Mg²⁺의 EDTA 소비량으로부터 Cu²⁺ 양을 간접 정량할 수 있다.
3. Mg-EDTA 대신 Zn-EDTA(ZnY²⁻)를 사용하여도 같은 원리로 치환적정이 가능하다.
4. Cu²⁺ + MgY²⁻ → CuY²⁻ + Mg²⁺ 반응이 정량적으로 진행되는 이유는 KCuY가 KMgY보다 훨씬 크기 때문이다.
5. 치환적정은 적절한 금속 지시약이 없거나, 금속-EDTA 착물 형성 속도가 느린 경우에도 유용하게 적용된다.

**정답: 1**

## 해설

치환적정에서 Cu²⁺는 MgY²⁻로부터 Mg²⁺를 치환하여 CuY²⁻를 형성하고, 유리된 Mg²⁺를 EDTA로 적정한다. 따라서 최종 적정에서 지시약은 Mg²⁺와 반응하는 지시약(예: EBT)을 사용하면 되며, Cu²⁺에 대해 선택적인 지시약이 필요한 것이 아니다. Cu²⁺는 이미 CuY²⁻로 결합된 상태이므로 종말점은 Mg²⁺-지시약 착물이 EDTA에 의해 분해될 때 나타난다. 선택지 4는 이 점에서 틀렸다.

오답(정답이 아닌 선택지) 분석:
① 맞는 설명: log KCuY(18.8) >> log KMgY(8.7)이므로 치환 반응이 정량적
② 맞는 설명: Cu²⁺ 1몰 = Mg²⁺ 1몰 치환 → 1:1 당량 관계
③ 맞는 설명: 치환적정의 주요 적용 이유
⑤ 맞는 설명: log KZnY = 16.5 > log KMgY이므로 Zn-EDTA도 같은 원리 적용 가능

## 심화 해설

핵심 해설
이 문제는 **킬레이트 적정(Chelatometric Titration)**의 한 종류인 치환적정(Displacement Titration)의 원리를 묻고 있어요. 시료 금속 이온(Cu²⁺)을 직접 적정하기 어려울 때, 보조 착물을 이용해 간접적으로 정량하는 방법이에요. 여기서 핵심은 최종적으로 적정하는 대상이 치환되어 나온 Mg²⁺라는 점을 이해하는 거예요.

**핵심 개념 분석 (Key Concept)**
치환적정은 분석하려는 금속 이온(M)보다 EDTA와의 안정도 상수(Kf, formation constant)가 작은 금속 이온(N)의 EDTA 착물(NY)을 과량으로 가하는 거예요. M이 N을 치환하고 유리된 N을 표준 EDTA 용액으로 적정하는 원리이죠. 이 문제에서는 Cu²⁺(M)가 MgY²⁻(NY)로부터 Mg²⁺(N)를 치환시키고, 유리된 Mg²⁺를 EDTA로 적정하고 있어요. log KCuY (18.8) > log KMgY (8.7) 이므로 반응은 정량적으로 완결돼요.

**정답 근거 (Answer Rationale)**
핵심! **1번 선택지가 틀린 이유**는 최종 적정 단계에서 **지시약의 역할 대상이 Cu²⁺가 아니기 때문**이에요. 이미 Cu²⁺는 Mg²⁺보다 훨씬 안정한 CuY²⁻ 착물로 존재하고 있어요. 적정 반응 용액에는 유리된 Mg²⁺만 EDTA와 반응할 수 있는 상태이므로, Mg²⁺에 대해 선택적인 지시약(예: EBT)을 사용하면 충분해요. 종말점은 유리된 Mg²⁺가 EDTA에 의해 모두 킬레이트되면서 Mg²⁺-지시약 착물의 색이 사라지는 시점에 감지되므로, Cu²⁺에 대한 선택적 지시약은 반드시 필요하지 않아요.

**오답 분석 (Distractor Analysis)**
혼동 주의! **2번 선택지**는 맞는 설명이에요. 화학량론적으로 Cu²⁺ 1몰이 Mg²⁺ 1몰을 치환시키므로(1:1 몰비), 적정에 소비된 EDTA의 몰수는 곧 유리된 Mg²⁺의 몰수이고, 이는 원래 존재했던 Cu²⁺의 몰수와 정확히 일치해요.
**3번 선택지**도 맞아요. Zn²⁺의 EDTA 착물(log KZnY ≈ 16.5)도 Cu²⁺의 착물(log KCuY = 18.8)보다 불안정하므로 MgY²⁻ 대신 ZnY²⁻를 사용해도 동일한 원리로 치환적정이 가능해요.
**4번 선택지**는 치환 반응의 열역학적 원동력을 정확히 설명하고 있어요. log KCuY (18.8)가 log KMgY (8.7)보다 10 이상 크기 때문에 평형이 생성물 쪽으로 크게 치우쳐 정량적인 반응이 일어나는 거예요.
**5번 선택지**는 치환적정의 주요 적용 이유를 잘 설명하고 있어요. 분석 대상 금속 이온에 적합한 지시약이 없거나, 금속 이온의 EDTA 착물 형성 속도가 느려 직접 적정이 어려울 때 유용하게 사용하는 방법이에요.

개념 정리
**치환적정의 원리 및 조건**

1. **반응식**: M + NY → MY + N (Kf_MY > Kf_NY 조건 필수)

2. **최종 적정**: 유리된 N을 표준 EDTA로 적정하며, N에 적합한 금속 지시약을 사용

3. **장점**: 직접 적정이 어려운 금속 이온의 정량, 적절한 지시약 부재 시 해결, 느린 반응속도 문제 해결

한눈에 비교!

| 구분 | 직접 적정(Direct) | 역적정(Back) | 치환적정(Displacement) |
| --- | --- | --- | --- |
| 원리 | M + EDTA → MY | M + 과량 EDTA → 잔여 EDTA를 N으로 적정 | M + NY → MY + N (유리된 N을 EDTA로 적정) |
| 대상 | 빠른 반응, 적절한 지시약 존재 | 느린 반응, 적절한 지시약 부재, M이 EDTA와 반응은 하지만 부반응 우려 | M에 적합한 지시약 부재, M-EDTA 반응 느림 |
| 지시약 | M에 선택적인 지시약 | 역적정 금속(N)에 선택적인 지시약 | 치환되어 나온 금속(N)에 선택적인 지시약 |

약리기전 포인트
킬레이트 적정은 약학 분야에서 의약품의 금속 불순물 시험(예: 납, 철, 알루미늄 등) 및 금속 함유 의약품(예: 수산화알루미늄 제제)의 함량 분석에 널리 사용되는 중요한 정량법이에요. 치환적정법은 직접 적정이 까다로운 알루미늄(Al³⁺)의 정량 등에 자주 응용됩니다.

암기 팁
**"큰 K가 작은 K를 밀어낸다!"**

치환적정은 안정도 상수(Kf)가 큰 금속(M)이 상대적으로 작은 금속(N)의 EDTA 착물에서 N을 밀어내는 원리예요. 최종적으로는 밀려나온 N만 EDTA로 적정하므로, **적정 지시약은 N을 감지하는 눈**이에요!

국시 빈출 포인트
약사 국가고시 분석화학 파트에서는 EDTA 적정법의 4가지 유형(직접, 역, 치환, 간접)의 원리, 적용 조건, 그리고 각 방법에서 사용되는 지시약의 역할을 정확히 구분하는 문제가 자주 출제돼요. 특히 이 문제처럼 **치환적정에서 최종 적정 지시약이 무엇을 감지하는지** 묻는 함정에 주의하세요.

기출 변형 주의!
단순 암기에서 벗어나, "Al³⁺ 시료를 ZnY²⁻로 치환적정할 때, 적정액은 EDTA이고 종말점은 EBT를 쓴다"와 같은 **실제 분석 절차의 구성 요소를 바꿔 묻는 사례형 문제**로 출제될 수 있어요. 구성 요소(시료, 치환 시약, 적정액, 지시약) 각각의 역할을 명확히 이해해야 해요.

## 임상 시나리오

약국/임상 실무 가이드
**임상 시나리오 (Clinical Scenario)**
"병원 조제실이나 제약회사 품질관리(QC, Quality Control) 부서에서 근무하는 약사라고 상상해 보세요. 우리는 위장약의 원료가 되는 건조 수산화알루미늄 겔(Dried Aluminum Hydroxide Gel)의 함량 시험을 해야 해요. 그런데 Al³⁺ 이온은 EDTA와의 직접 반응 속도가 느리고, pH 조절이 까다로우며, 적절한 금속 지시약도 마땅치 않아요. 이때 약전(KP, USP)에서 제시하는 방법이 바로 치환적정법이에요. 시료에 과량의 표준 Zn-EDTA 용액을 넣고 가열하면, Al³⁺가 Zn²⁺를 치환하고 안정한 AlY⁻를 형성해요. 이후 유리된 Zn²⁺를 EDTA로 적정하여 Al³⁺의 양을 간접적으로 구하는 거죠."

**복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention)**
분석화학은 환자 직접 대면보다 의약품 품질 보증에 핵심적인 학문이에요. 이 문제의 원리는 **복잡한 매트릭스에서 특정 성분을 간접적으로 정량하는 분석 전략의 근간**이 돼요. 약사는 이러한 원리를 이해함으로써, 공정서(Pharmacopoeia)에 수록된 시험법의 논리적 근거를 파악하고, 시험 중 발생할 수 있는 문제(예: 종말점이 흐리게 나오는 이유, 부반응 의심)를 해결할 수 있는 문제 해결 능력(Troubleshooting)을 갖추게 됩니다.

복약지도 프로토콜

| 분석 단계 | 치환적정 프로토콜 예시 (Al³⁺ 정량) |
| --- | --- |
| 시료 준비 | Al³⁺ 함유 시료 용액을 pH 5~6의 완충용액으로 조절 |
| 치환 반응 | 정확히 알고 있는 과량의 Zn-EDTA 표준액을 가하고 가열하여 반응 완결 |
| 적정 | 식힌 후 EBT 지시약을 넣고 표준 EDTA 용액으로 적정 (적색 → 청색 종말점) |
| 계산 | 소비된 EDTA 몰수 = 유리된 Zn²⁺ 몰수 = Al³⁺ 몰수 |

선배 약사의 한마디
"분석화학은 지루한 계산 문제처럼 보일 수 있지만, **'약의 품질을 어떻게 과학적으로 보증할 것인가'**에 대한 근본적인 해답이에요. 환자에게 '이 약은 안전하고 유효한 성분이 정확한 양만큼 들어있다'고 자신 있게 말할 수 있는 것은, QC 약사가 이 원리들을 적용해 철저하게 시험했기 때문이에요. 국시를 준비할 때는 **왜 이 방법을 선택했는지, 각 시약이 어떤 역할을 하는지**를 스스로 설명할 수 있도록 공부하세요. 그것이 바로 이론과 실무를 연결하는 진정한 약사의 역량이랍니다!"

## 핵심 개념

- **치환적정** — 분석 대상 금속 이온(M)보다 EDTA 착물 안정도 상수가 작은 금속(N)의 EDTA 착물(NY)을 이용하여, M이 N을 치환하고 유리된 N을 적정해 M을 간접 정량하는 방법입니다.
- **안정도 상수** — 금속 이온과 리간드(EDTA)가 착물을 형성하는 반응의 평형 상수로, 값이 클수록 더 안정한 착물을 의미합니다. 치환적정의 열역학적 근거가 됩니다.
- **금속 지시약** — EDTA 적정의 종말점을 확인하기 위해 사용되는 유기 화합물로, 유리된 상태와 금속과 결합된 상태의 색이 달라 색 변화로 종말점을 알려줍니다. (예: EBT)
- **EDTA** — 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid)으로, 대부분의 금속 이온과 1:1 몰비의 안정한 수용성 킬레이트 착물을 형성하는 대표적인 킬레이트 시약입니다.
- **킬레이트 적정** — EDTA와 같은 킬레이트 시약을 사용하여 금속 이온의 농도를 결정하는 정량 분석 방법입니다. 직접, 역, 치환, 간접 적정으로 분류됩니다.

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