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헨리 상수

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최초 생성일 2025.03.25
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소개글

"헨리 상수"에 대한 내용입니다.

목차

1. Background & Abstract

2. Methods

3. Results
3.1. 실험1 : NaOH용액의 표준화
3.2. 실험2 : 이산화 탄소의 헨리 상수 측정

4. Discussion
4.1. 교반값과 비교반값의 차이 이유
4.2. 3x10-2 molL-1atm-1 가 이산화탄소의 헨리상수라고 가정하면 실험 값과 다른 이유
4.3. 실험 1 : KHP으로 NaOH용액의 표준화
4.4. 실험 2 : H2CO3(l)의 적정 계산 시 1가산으로 간주하는 이유
4.5. 실험적 요인들의 한계점 및 다른 실험 고안

5. 결론

6. 과제
6.1. 과제1
6.2. 과제2
6.3. 과제3
6.4. 과제4
6.5. 과제5

7. Reference

8. 참고 문헌

본문내용

1. Background & Abstract

이산화 탄소의 용해도는 생물의 진화부터 시작해, 오늘날 우리의 실생활까지 밀접한 연관이 있다. 탄산음료에 녹아 있는 이산화 탄소가 온도가 올라감에 따라 기체 방울로 올라오기도 하고 기체의 용해도는 잠수부들이 잠수병을 조심해야 하는 이유이기도 하다. 이번 실험에서는 1기압의 이산화 탄소와 평형을 이룬 것으로 생각되는 탄산수를 NaOH를 적정하는 과정을 통해 헨리 상수를 구해 볼 것이다. 이 과정에서 기체의 용해, 약산의 산 적정 등에 대해서도 고찰할 수 있었다.


2. Methods

NaOH 용액의 표준화 방법은 다음과 같다. 50mM KHP 용액 5mL를 50ml 플라스크에 넣고 페놀프탈레인 지시약 용액 2-3방울을 떨어뜨려 투명색에서 핑크색으로 색이 바뀔 때까지 NaOH 적정한다. 당량점 도달 시 결과로부터 NaOH 용액의 몰농도를 계산한다.

이산화 탄소의 헨리 상수 측정 방법은 다음과 같다. 증류수 5mL를 30mL 바이알에 넣고 드라이아이스 조각을 녹인다. 이때, 손으로 감싸서 실온에 가까이 이산화탄소가 물에 녹아들 수 있게 한다. 페놀프탈레인 지시약 두어 방울과 교반자석을 넣고 교반하면서 적정을 진행한다. 미리 5분정도 교반한 샘플도 마찬가지로 따로 측정한다. 투명색에서 핑크색으로 색이 바뀔 때까지 NaOH를 적정하고 그 결과로부터 이산화탄소의 헨리상수를 계산한다. 또한 증류수 5mL만을 30mL 바이알에 넣고 페놀프탈레인 지시약 두어 방울을 넣은 후 교반하면서 NaOH 적정하여 바탕값을 구한다. 플라스크를 가볍게 움직여 용액을 섞을 때 용액 전체에 약한 핑크색이 남아 있을 시점을 종말점으로 한다. 플라스크를 너무 세게 흔들면 공기 중의 이산화탄소가 증류수로 녹아들어가 오히려 오차를 가져올 수 있다. NaOH 용액의 표준화는 시간이 허락하면 두 번 진행하고 평균값을 사용한다.


3. Results
3.1. 실험1 : NaOH용액의 표준화

50mM로 만든 KHP 수용액 5mL와 정확한 농도를 알지 못하는 NaOH 수용액을 적정하는 표준화 과정을 거친다. 페놀프탈레인이 옅은 분홍색으로 유지가 된다면 당량점에 도달한 것이다. 이 때 중화적정을 할 때 필요한 NaOH의 부피를 가지고 NaOH의 몰농도를 구한다. 산의 가수를 n, 몰 농도를 M, 부피를 V, 염기의 가수를 n', 몰 농도를 M', 부피를 V'라고 두면 중화반응이 완결되면 다음과 같은 관계식이 성립한다. nMV = n'M'V'이다. 실험에서 사용한 프탈산 수소 포타슘(KHP)과 NaOH 모두 1가 산, 염기이고 50mM 농도의 프탈산 수소 포타슘(KHP) 용액 5mL를 사용했고, NaOH의 표준화평균값이 4.3mL이므로 50mM × 5mL = M'× 4.3mL가 성립한다. 따라서 NaOH의 농도 M'= 58.14mM(유효숫자 4자리)이다.


3.2. 실험2 : 이산화 탄소의 헨리 상수 측정

증류수 5mL를 30mL 바이알에 넣고 드라이아이스 조각을 녹인다. 이때 손으로 감싸서 실온에 가까이 이산화탄소가 물에 녹아들 수 있게 한다. 페놀프탈레인 지시약 두어 방울과 교반자석을 넣고 교반하면서 적정을 진행한다. 미리 5분정도 교반한 샘플도 마찬가지로 따로 측정한다.

투명색에서 핑크색으로 색이 바뀔 때까지 NaOH를 적정하고 그 결과로부터 이산화탄소의 헨리상수를 계산한다. 실험1에서 표준화한 58.14mM 농도의 NaOH를 이용하여 H2CO3의 당량점에서의 NaOH의 부피를 V'라 하면 V' = 3.41mL이다.

한편, 헨리의 법칙(Henry's law)에 의해 M(녹아 있는 기체의 농도)=K(헨리 상수) × P(기체의 분압)이 성립하므로 위 식과 MV=M'V' 식을 K에 대해 정리하면 K= {M'V'} / {PV}가 성립한다. 이는 H2CO3와 NaOH의 가수가 1이므로 식 변형을 통해 녹아 있는 기체의 농도를 구하는 대신 표준화한 NaOH의 농도와 부피값을 이용해 헨리 상수를 구하기 위함이다. M' = 58.14mM, V' = 3.41mL, P = 1atm, V = 5.0mL를 위 식에 대입하면 K= {M'V'} / {PV} = {58.14mM × 3.41mL} / {1atm × 5mL} = 3.97 × 10-2 mol L-1 atm-1가 나온다.

한편, 바탕 값은 0.02mL이므로 바탕 값을 뺀 부피 V''는 V'' = V' - 0.02m...


참고 자료

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=rlaehdtn82&logNo=70015302550&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.co.kr%2F
화학분석 실험(교재) [저자 : 이미경 교수님] -p.6~7
두산 백과
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1275799&cid=40942&categoryId=32251
일반화학실험(김희준 저, 자유아카데미)
네이버 포스트
https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=14328895&memberNo=1437154
Principles of Modern Chemistry, 6th Ed.(Oxtoby 외)
생명의 화학, 삶의 화학(김희준 외)
김희준, 일반화학실험, 1/ed, 자유아카데미, 2010, p47~50, p52~53 (이산화 탄소의 헨리 상수)
김희준 외, 생명의 화학, 삶의 화학, 1/ed, 자유아카데미, 2009 (7장. 물질의 상태와 성질, 9장. 평형반응)
Oxtoby, Principle of Modern Chemistry, 7/ed, Cengage Learning, 2011, p49~51, p530~550 (Ch 2. Chemical Formulas, Chemical Equations, and Reaction Yields, Ch 16. Solubility and Precipitation Equilibria)
Raoult’s Law, Henry’s Law. (2021, February 17). Retrieved April 4, 2021, from https://chem.libretexts.org/@go/page/1598
“Phenolphthalein.” Britannica, 17 Feb. 2007.
Atkins, Jones, Laverman. Chemical Principles. New York: W. H. Freeman and Company, 2018.
Harris, Daniel C. 분석화학 9판. 자유아카데미, 2017.
Oxtoby, David W. 옥스토비의 일반화학. CENGAGE, 2014.
김희준. “일반화학실험.” 자유아카데미, 2010.

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