소개글
"서울대학교 화학실험 2"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전기 화학
1.1. 물질의 전기 전도도
1.2. 금속의 이온화 경향성
1.3. 전기 화학 전지
1.3.1. 다니엘 전지
1.3.2. 표준 전극 전위
1.3.3. 농도에 따른 전위 변화
2. 분자 결합 구조
2.1. 질소와 불소 분자의 결합길이 및 에너지
2.2. 분자 오비탈과 결합 차수
2.3. 질소와 불소 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선 비교
3. 아스피린 합성
3.1. 아스피린의 역사 및 특성
3.2. 아세틸살리실산 합성 실험
3.2.1. 실험 재료 및 방법
3.2.2. 실험 결과 및 수득률
3.2.3. 오차 원인 및 개선 방안
4. 아스피린의 작용 기전
4.1. 진통, 해열, 항염증 효과
4.2. Cyclooxygenase 억제 기작
4.3. 광학 이성질체 및 선택적 합성
5. 참고 문헌
본문내용
1. 전기 화학
1.1. 물질의 전기 전도도
전기 전도도란 용액 중 전해질 이온의 세기를 나타내는 척도로서 전해질 이온이 많을수록 전기전도도는 높아지게 된다. 실험 결과에 따르면 증류수와 KCl 수용액 모두에서 LED에 불이 들어오는 것을 확인할 수 있었다. 다만 증류수의 경우 빛이 매우 약하게 관찰되었으며, KCl 수용액에서는 강하고 밝았다. 이를 통해 증류수와 KCl 수용액 모두 일정 수준의 전기전도도를 가진다는 것을 알 수 있었다. LED는 전류의 양에 따라 밝기가 좌우되는 반도체로 만들어진 발광소자이므로, 실험 결과로부터 KCl 수용액이 증류수보다 큰 전기전도도을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. KCl은 수용액 상태에서 좋은 전해질로 작용하는데, 이는 수용액 상태에서 해리된 전하를 띤 이온들에 의해 전류가 전도되기 때문이다. 이론적으로 순수한 물은 전기 전도성이 없어야 하지만, 실험 결과 1차 증류수는 약한 전기 전도도를 가지고 있었다. 이는 1차 증류수의 경우 물 속 염이 완벽하게 제거가 되지 않았기 때문이다. 또한 증류수를 보관하는 과정에서 수도관의 금속 성분이 이온의 형태로 녹아들어갔거나, 대기 중 CO2가 탄산 이온의 형태로 녹아 들어간 경우 또한 생각해 볼 수 있었다.
1.2. 금속의 이온화 경향성
금속의 이온화 경향성이란 일반적으로 금속 원소가 양이온이 되어 용액 속으로 들어가려고 하는 경향을 말한다. 전자를 잃는 것이기 때문에 일종의 산화이며, 이에 이온화 경향이 큰 금속은 산화되기 쉬운 금속이라고 할 수 있다.
주요 원소의 이온화 경향성은 다음과 같다: K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Au. 이온화 경향성이 큰 금속은 더 작은 이온화 경향성을 가지는 금속의 양이온이 포함된 수용액에 담그면, 이온의 치환 반응이 일어난다. 또한 대부분의 금속들은 수소보다 이온화 경향이 크기 때문에, 산성 용액에 녹아 수소 기체를 방출한다.
금속의 이온화 경향성은 그 금속이 얼마나 쉽게 양이온이 되어 용액 속으로 들어가려 하는지를 나타내는 척도이다. 이온화 경향성이 큰 금속은 산화되기 쉬우며, 더 작은 이온화 경향성을 가진 금속의 양이온과 반응하여 이온 치환 반응을 일으킬 수 있다. 또한 산성 용액 속에 녹아 수소 기체를 발생시키는 특성이 있다.
1.3. 전기 화학 전지
1.3.1. 다니엘 전지
다니엘 전지는 서로 다른 금속 전극을 전해질 용액에 담그고 이 두 전극을 도선으로 연결한 화학 전지이다. 두 전극이 물리적으로 분리되어 있으며, 산화 반응이 일어나는 전극과 환원 반응이 일어나는 전극이 서로 다른 용액에 담겨 있다. 전해질 용액 사이는 염다리로 연결되어 있어 이온의 이동이 가능하다.
다니엘 전지의 구성은 다음과 같다. 음극에는 아연(Zn) 전극을, 양극에는 구리(Cu) 전극을 사용한다. 음극의 전해질 용액으로는 황산아연(ZnSO4) 용액을, 양극의 전해질 용액으로는 황산구리(CuSO4) 용액을 사용한다. 두 전해질 용액은 염다리로 연결되어 있다.
다니엘 전지에서 일어나는 화학 반응은 다음과 같다. 음극에서는 아연이 산화되어 아연 이온(Zn2+)이 되고 전자를 내놓는 반응이 일어난다. 양극에서는 구리 이온(Cu2+)이 환원되어 구리 금속으로 석출되는 반응이 일어난다. 이때 음극에서 방출된 전자는 외부 회로를 통해 양극으로 이동한다.
다니엘 전지의 기전력은 두 전극의 표준 환원 전위 차이에 의해 결정된다. 아연의 표준 환원 전위는 -0.763V이고 구리의 표준 환원 전위는 +0.337V이므로, 다니엘 전지의 표준 기전력은 1.100V이다.
다니엘 전지는 비교적 장시간 사용할 수 있고 전압 변동이 적어 오랜 기간 안정적으로 전력을 공급할 수 있어 과거에 전신용 전원으로 많이 사용되었다. 하지만 현재는 리튬 이온 전지 등 다른 종류의 전지들이 개발되면서 사용이 줄어들고 있다.
1.3.2. 표준 전극 전위
열역학적 표준 상태(25℃, 1atm, 1M) 조건에서의 전극 전위를 표준 전극 전위라고 한다. 환원 반응에 대한 표준 전극 전위를 표준 환원 전위라고 하며, 전지의 표준 상태의 기전력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
TRIANGLE E ^{DEG } =환원 반쪽 전극의 표준 환원 전위-산화 반쪽 전극의 표준 환원 전위
또한, 표준 환원 전위는 물질의 반응성에 대한 척도로 이용 가능하다. 앞에서 언급한 금속의 이온화 경향성도 원소들을 표준 환원 전위가 증가하는 순서대로 나열한 것에 불과하다.
실제 화학 전지의 기전력을 계산하기 위해서는 표준 기전력에 각 화학종의 농도가 어떠한 관계로서 영향을 미치는지 알아야 한다. 열역학식을 정리하면, E=E ^{CIRC } - {RT} over {nF}...
참고 자료
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