일반화학실험2 - [5] 결정장 갈라짐 에너지와 분광화학적 계열

소개글

일반화학실험2 과정에 있는 결정장 갈라짐 에너지와 분광화학적 계열 실험 레포트입니다. 결과 계산 과정 및 고찰까지 적어두었습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 시약 및 기구
1) Reagent
2) Instrument & Apparatus (기구 및 초자)

4. 실험 방법

5. 결과

6. 고찰
1) 그림 25-3과 같이 [Cr(H2O)6]3+와 [Cr(H2O)4Cl2]+에 대하여 빛을 흡수하기 전 후의 전자 배치를 그려라.
2) 각 수용액에서 관측된 최대 흡수 파장에 따른 빛의 색을 조사하고, 실험에서 관측한 용액의 색을 비교하여라. (실험에서 사용한 Cr(NO3)3∙9H2O, CrCl3∙6H2O 에 대해서만 작성)

7. 참고 문헌

본문내용

실험 목적
여러 전이 금속 착화합물의 흡수 스펙트럼을 얻고 분석하여, 착화합물에 대한 결정장 이론과 분광화학적계열을 이해한다.

실험 원리
1) 물질, 빛의 색
바닥상태(ground state)에 있는 물질은 빛을 흡수하여 들뜬 상태(excited state)로 전이할 수 있는데, 이때 흡수한 빛이 가시광선이면, 물질은 색을 띠게 된다. 또한 물질이 흡수한 빛의 색(파장)과 위 눈에 보이는 물질의 색(파장)은 서로 보색 관계에 있다.

2) 결정장 이론(crystal field theory)
어떤 원자에서 5개의 d오비탈은 에너지 준위가 같아 5중 축퇴(degenerate)되어 있는 상태이다. 그러나 엄밀한 의미에서 이러한 축퇴는 하나의 원자(단원자 이온)가 홀로 존재할 때 발생한다. 이렇게 주변에 아무것도 없는 하나의 원자를 자유 원자(free atom)라고 한다. 그러나 우리가 보는 대부분의 물질에서 자유 원자 상태로 있는 경우는 거의 없으며, 주변에 다른 원자가 존재한다. 따라서 원자의 성격은 주변의 영향을 받게 된다. 원자의 d오비탈도 주변의 영향을 받아, 축퇴되어 있는 상태가 깨어지게 된다. 6배위 팔면체 착화합물은 중심 금속 주위에 6개의 리간드가 결합되어 있는 구조를 가지고 있다. 착화합물에서금속 원자와 리간드는 리간드의 고립 전자쌍을 공유하는 배위 공유 결합을 하므로, 금속의 d 오비탈에 있는 전자는 고립 전자쌍의 음전하와 정전기적으로 반발을 하게 된다. (리간드는 음전하를 띤다고 가정한다.)

금속의 분광화학적 계열(spectrochemical series of metals)
결정장 갈라짐 에너지는 중심 금속 이온의 영향도 받는다. 따라서 같은 배위 구조와 리간드를 가지고 있더라도금속 이온의 종류에 따라 ∆의 크기가 다르고 착화합물의 색도 달라진다. ∆의 크기에 따른 금속 이온의 순서를 금속의 분광화학적 계열이라고 한다.

참고 자료

이홍인. (2014). 일반화학실험 (제1판6쇄) 발행지: 자유아카데미. p273 ~ p284
MSDS(안전보건공단 화학물질정보). Acetone. 2020.10.11.
http://msds.kosha.or.kr/kcic/msdsdetail.do
MSDS(안전보건공단 화학물질정보). Chromium nitrate nonahydrate. 2020.10.11.
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MSDS(안전보건공단 화학물질정보). Chromium chloride hexahydrate. 2020.10.11.
https://en.wikipedia.org/wiki/Chromium(III)_chloride
wikipedia. Acetone. 2020.10.11.
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%84%EC%84%B8%ED%86%A4
wikipedia. Chromium nitrate nonahydrate. 2020.10.11.
https://www.chemsrc.com/en/cas/7789-02-8_681194.html
FUJIFILM. Chromium chloride hexahydrate. 2020.10.11.
https://labchem-wako.fujifilm.com/us/product/detail/W01W0103-0313.html
네이버 지식백과. 빛의 스펙트럼
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=624007&cid=42361&categoryId=42361