[서울대학교 화학 실험] 이산화탄소의 헨리상수 측정 실험 보고서 및 과제

소개글

서울대학교 화학실험 보고서입니다.
최종 성적은 A+ 였고 본문에 인증했습니다.
2020학년 1학기에 수강했습니다.
과제 내용까지 모두 들어있습니다.

목차

1. Introduction

2. Method

3. 과제
3.1. 주어진 결과로부터 NaOH 용액의 농도와 CO2의 헨리 상수 계산하기
3.2. 페놀프탈레인 지시약의 변색 원리와 실험에서 지시약을 한두 방울만 넣는 이유
3.3. 탄산(H2CO3)을 NaOH로 적정할 때, 이론적으로 일차 중간점에서의 pH는 탄산의 pKa1 값과 같고 일차 당량점에서의 pH는 탄산의 1/2(pKa1 + pKa2) 임을 증명하기
3.4. 역적정의 원리와 활용[12]

4. References

본문내용

본 실험은 1기압의 이산화탄소와 평형을 이룬 것으로 생각되는 탄산수를 만든 후, NaOH 용액으로 적정하여 이산화탄소의 헨리 상수를 구하고자 한다. 이산화탄소의 용해가 원시 바다에서의 광합성, 탄산수, 해양산성화 및 산성비 등 다양한 방면과 긴밀한 관계를 맺고 있다는 측면에서 이산화탄소의 헨리 상수 측정은 의의가 있다. 이 과정을 통해 기체의 용해, 헨리의 법칙, 산-염기 적정 등에 관한 이해가 제고될 것으로 생각된다.[1]
기체의 용해도는 크게 온도와 압력, 이 2가지 요인에 의해 결정된다. 첫째, 기체의 용해도는 온도가 낮을수록 증가한다. 본래 기체는 용매에 녹아있기보다는 기체로 존재할 때 안정하기 때문에 온도가 높아져 운동에너지가 증가하게 되면 용매와의 상호작용을 끊고 기체로 빠져나오게 된다.[2] 둘째, 기체의 부분압력이 높을수록 용해도가 커진다. 용매에 잘 녹지 않는 난용성 기체의 경우, 용해도는 액체 표면 위에 가해지는 압력에 의존한다. 따라서 기체의 압력이 증가함에 따라 기체 분자들이 용매에 부딪히는 속도가 빨라져 용매 안으로 녹아 들어갈 확률이 커진다.[3] 즉, 기체의 용해도는 부분압력에 정비례하게 되는데 이를 헨리의 법칙이라고 한다. 헨리의 법칙은 다음과 같이 표현할 수 있다.

M`=`K _{H} ` TIMES `P (A1)
(M: 몰농도, KH: 상수, P: 부분압력)

상수 K _{H} `는 헨리 상수라고 하며, 이는 기체, 용매, 온도에 의존하는 값이다.[4]
본 실험은 드라이아이스를 물에 집어넣고 모두 승화시켜 1기압의 이산화탄소와 평형을 이룬 것으로 생각되는 탄산의 포화용액을 제조할 것이다. 이 경우, 물에 녹은 이산화탄소가 상온에서 1기압의 이산화탄소 기체와 평형을 이루게 되므로 식(A1)에서의 P값은 1atm이다.[5] 따라서 이산화탄소의 몰농도를 구하면 이산화탄소의 헨리 상수 측정이 가능하다.

참고 자료

김희준, 『일반화학실험』, 자유아카데미, 2008, 47면.
김희준, 『일반화학실험』, 자유아카데미, 2008, 48면.
Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman, 『화학의 원리』, 김관 외 4명, 자유아카데미, 2018, 392면.
Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman, 『화학의 원리』, 김관 외 4명, 자유아카데미, 2018, 533면.
Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman, 『화학의 원리』, 김관 외 4명, 자유아카데미, 2018, 542면.
전영화, 홍란선, 강영진, 강성주, 「산-염기 중화반응 실험의 문제점 분석 및 개선 방안」, 『대한화학회지』 제48권, 대한화학회, 2004, 193면.
Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman, 『화학의 원리』, 김관 외 4명, 자유아카데미, 2018, 527면.
김희준, 『생명의 화학, 삶의 화학』, 자유아카데미, 2009, 407면.
Kenkel. J, 『Analytical Chemistry for Technicians 1』, CRC Press, 2003, 108-109면.