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1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험을 통하여 산과 염기의 성질을 이용하여, 비슷한 용해도를 가진 물질을 분리하고 정제한다"가 실험의 목적이다.
아세트아닐라이드와 벤조산은 물에 약간씩 녹지만, 벤조산은 염기성 용액에서 해리되어 용해도가 증가하는 특성이 있다. 이를 이용하여 염기성 용액에서 아세트아닐라이드를 침전시켜 분리한 뒤, 다시 산성으로 만들어 벤조산을 침전시킴으로써 두 물질을 분리할 수 있다.
1.2. 실험 원리
1.2.1. 용해도와 온도의 관계
용해도와 온도의 관계는 대부분의 고체 화합물에서 일반적으로 적용되는데, 온도가 상승할수록 용해도가 증가한다. 이는 고체 화합물이 용해되는 과정이 흡열 과정이기 때문이다. 즉, 고체 화합물이 용매에 녹을 때 열을 흡수하게 되므로 온도가 높아질수록 더 많은 양의 화합물이 용매에 녹을 수 있게 되는 것이다.
그러나 일부 화합물들은 예외적인 경우를 보인다. 아세트산 나트륨의 경우 물에 녹는 과정이 발열 과정이기 때문에, 온도가 높아질수록 오히려 용해도가 감소하게 된다. 이처럼 대부분의 고체 화합물과 달리 온도 상승에 따라 용해도가 감소하는 물질도 존재한다.
따라서 재결정 등의 분리 및 정제 실험을 진행할 때에는 목적 물질과 불순물의 온도에 따른 용해도 차이를 정확히 파악하여, 적절한 용매와 온도 조건을 선택해야 한다. 이를 통해 효율적인 분리와 정제가 가능해진다.
1.2.2. 재결정을 이용한 물질 분리
재결정을 이용한 물질 분리는 서로 다른 용해도를 가진 물질들을 분리하는 방법이다. 이 방법은 혼합물을 적절한 용매에 녹인 후 온도를 조절하여 일부 물질이 결정 형태로 석출되게 하는 것이다.
일반적으로 온도가 증가함에 따라 대부분의 고체 화합물의 용해도가 증가한다. 그러나 일부 화합물은 예외적으로 온도가 증가함에 따라 용해도가 감소하기도 한다. 이와 같은 온도에 따른 용해도의 차이를 이용하여 혼합물을 분리할 수 있다.
재결정 과정에서는 혼합물을 고온의 용매에 녹인 후, 용액을 서서히 냉각시켜 특정 물질이 결정으로 석출되게 한다. 이때 불순물의 용해도가 목적 물질보다 크다면 결정 속에 포함되지 않고 모액에 남게 되어 목적 물질을 정제할 수 있다.
또한 재결정 과정에서 온도를 낮추는 속도를 조절하면 결정의 크기와 모양을 조절할 수 있다. 온도 변화 속도가 느리면 큰 결정이 생성되고, 빠르면 작고 균일하지 않은 결정이 생성된다. 따라서 재결정 과정에서 온도 조절이 중요하다.
재결정 방법을 이용하면 혼합물로부터 순수한 물질을 분리할...