소개글
"부경대 화학"에 대한 내용입니다.
목차
1. Luminol의 화학발광
1.1. 사용되는 시약 및 실험기구
1.1.1. 시약
1.1.2. 실험기구
1.2. 화학발광(chemical luminescence)
1.2.1. 직접발광
1.2.2. 간접발광
1.3. Luminol의 발광 메커니즘
1.4. 실험결과
1.4.1. 3M NaOH 용액 제조
1.4.2. 3M HCl 용액 제조
1.4.3. 3% H2O2 용액 제조
1.4.4. Luminol의 화학발광 관찰
1.4.5. HCl이 첨가된 Luminol의 화학발광 관찰
1.4.6. NaOH가 첨가된 Luminol의 화학발광 관찰
1.5. 결론
1.6. 고찰
1.6.1. 각 시약을 사용한 이유
1.6.2. Luminol의 화학발광 메커니즘
1.7. 참고문헌
2. 전공기초실험 Quiz Report
2.1. 농도의 정의
2.1.1. 몰농도
2.1.2. 몰랄농도
2.1.3. 노르말농도
2.2. 적정
2.3. 5M NaOH 용액 제조
2.4. H2SO4 용액의 노르말농도 계산
2.5. 아세트산과 NaOH의 반응
2.5.1. 반응식
2.5.2. pH
2.6. 식초 중의 아세트산 함량 계산
2.7. NaOH의 취급 주의사항
2.8. 실험기구 사용법
2.8.1. 뷰렛
2.8.2. 메스실린더
3. 식초 중의 아세트산의 정량
3.1. 사용되는 시약 및 기구
3.1.1. 시약
3.1.2. 실험기구
3.2. 식초의 성질
3.3. 노르말 농도
3.4. 당량
3.5. 산염기 적정 지시약
3.6. 실험결과
3.6.1. 0.1N NaOH 용액 제조
3.6.2. 식초 시료 제조
3.6.3. 0.1N NaOH 적정량
3.6.4. 아세트산 함유율 계산
3.7. 결론
3.8. 고찰
3.8.1. 페놀프탈레인 지시약 사용 이유
3.8.2. 식초 묽힘 이유
3.8.3. 오차 분석
4. 참고 문헌
본문내용
1. Luminol의 화학발광
1.1. 사용되는 시약 및 실험기구
1.1.1. 시약
Luminol은 3-aminophthalhydrazid의 화학식을 가지며, 분자량은 177.16g/mol이고 녹는점은 592K이다. Luminol은 화학발광 실험에 사용되는 주요 시약 중 하나이다.
NaOH(수산화나트륨)는 화학발광 실험에서 Luminol 용액을 염기성으로 만드는 데 사용된다. NaOH의 분자량은 39.9971g/mol이고, 밀도는 2.13g/이며, 녹는점은 596K, 끓는점은 1661K이다.
HCl(염산)은 Luminol의 화학발광 실험에서 산성 조건을 만드는 데 사용된다. HCl의 분자량은 36.46g/mol이고, 밀도는 1.152g/mL이다.
마지막으로 산화제로 사용되는 과산화수소(H2O2)는 분자량이 34.0147g/mol이고, 밀도는 1.450g/이며, 녹는점은 272.72K, 끓는점은 423.3K이다. 30% 수용액의 밀도는 1.1121g/mL, 3% 수용액의 밀도는 1.0095g/mL이다.
1.1.2. 실험기구
실험기구는 1L 삼각플라스크 1개, 250ml 비커 2개, 1L 메스실린더 (공용사용가능)로 구성되어 있다.
1L 삼각플라스크는 Luminol 용액을 담는 데 사용된다. 250ml 비커는 HCl 용액과 NaOH 용액을 담는 데 사용된다. 1L 메스실린더는 증류수를 정량적으로 측정하는 데 사용된다.
이러한 실험기구들은 Luminol의 화학발광 실험을 진행하는 데 필수적인 장비이다. 각 기구의 용도와 사용법을 숙지하여 실험을 안전하고 정확하게 수행할 수 있다.
1.2. 화학발광(chemical luminescence)
1.2.1. 직접발광
직접발광은 화학반응에 참여하는 물질이 들뜨면서 발광하는 현상이다. 화학반응에 의해 들뜬 상태의 물질이 다시 안정한 상태로 떨어지면서 에너지를 빛의 형태로 방출하는 것이다. A+B → {I} → products + light와 같은 반응 메커니즘을 가진다. 루미놀(Luminol)의 화학발광 반응이 대표적인 직접발광 사례이다. 루미놀은 과산화수소와 반응하면서 들뜬 상태가 되고, 다시 기저상태로 떨어지면서 청색의 빛을 방출한다. 이때 루미놀의 산화 촉매가 필요하며, 주로 금속 이온이 이 역할을 한다. 따라서 루미놀, 과산화수소, 그리고 금속 촉매가 모두 존재할 때 직접발광이 잘 일어나게 된다."
1.2.2. 간접발광
간접발광(indirect chemiluminescence)은 빛을 직접 방출하지 않는 화학반응에서 생성된 중간 화합물이 다른 화합물과 반응하여 에너지를 얻고 이를 빛 형태로 방출하는 현상이다.
간접발광은 A와 B가 반응하여 고 에너지 중간체 {I}를 생성하고, 이 중간체가 다른 화합물 F와 반응하여 들뜬 화합물 {F}를 형성하게 된다. {F} 화합물이 다시 바닥상태로 떨어지면서 에너지를 빛의 형태로 방출하는 것이다.
A+B → {I} + F → {F} → F + light
이러한 간접발광 과정은 다이페닐옥살레이트(diphenyloxalate) 반응에서 관찰될 수 있다. 다이페닐옥살레이트와 과산화수소가 반응하여 고 에너지의 1,2-디옥세탄 중간체를 생성하고, 이 중간체가 형광 물질과 반응하여 들뜬 상태의 형광 물질이 되면서 가시광선을 방출하게 된다.
간접발광 방식은 직접발광 방식에 비해 발광 효율이 높은 장점이 있다. 또한 중간체 생성과 반응 조건을 조절하여 다양한 파장의 빛을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이러한 간접발광 현상은 생물발광, 화학발광 센서 등의 응용 분야에서 활용되고 있다.
1.3. Luminol의 발광 메커니즘
Luminol은 과산화수소에 의해 산화되어 자청색의 발광반응을 한다. 이 반응은 과산화수소를 분해시켜 산소를 발생시킬 수 있는 촉매가 있어야 잘 일어난다.
Luminol이 NaOH와 에 의해 산화되면 불안정한 3중항상태로 들떴다가 다시 안정한 상태인 1중항 상태로 떨어지게 된다. 이때의 에너지 변화량만큼 방출되는 에너지가 열의 형태가 아닌 빛의 형태로 관측되는 것을 화학발광이라고 한다. Luminol의 경우에는 약 450nm의 파장에 해당되는 에너지가 방출되며 이 구간에 해당되는 가시광선이 청색이기때문에 결과적으로 청색 발광을 관찰할 수 있는 것이다.
1.4. 실험결과
1.4.1. 3M NaOH 용액 제조
문서에 따르면 3M NaOH 용액을 제조하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거쳐야 한다.
NaOH의 분자량은 39.9971g/mol이고, 밀도는 2.13g/이다. 3M 농도의 NaOH 용액 100ml를 제조하기 위해서는 NaOH 12g이 필요하다. 계산 과정은 다음과 같다. 3M 농도의 NaOH 용액 100ml를 만들기 위해서는 NaOH 12g이 필요하다. 이는 분자량이 39.9971g/mol인 NaOH를 3M 농도로 100ml 만든다는 의미이다. 따라서 NaOH 12g을 증류수에 녹여 100ml로 정용하면 3M NaOH 용액을 제조할 수 있다.위와 같은 과정을 거쳐 3M NaOH 용액을 제조할 수 있다. 이 용액은 루미놀의 화학발광 실험에 사용되었다. NaOH는 루미놀의 화학발광 반응을 일으키는 데 필수적인 촉매 역할을 하기 때문에, 정확한 농도의 NaOH 용액을 제조하는 것이 중요했다. 이처럼 실험에 사용되는 각 시약의 정확한 농도를 맞추는 것은 실험 결과의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
1.4.2. 3M HCl 용액 제조
진한 염산 용액(HCl)은 분자량이 36.46g/mol이고 밀도가 1.152g/mL인 액체이다. 3M HCl 용액 100ml을 제조하기 위해서는 진한 염산 용액 26ml와 증류수 74ml를 혼합하면 된다.
우선 3M HCl 용액 100ml를 제조하기 위해서는 HCl의 몰수가 0.3몰(3M x 0.1L) 필요하다. 이때 HCl의 분자량이 36.46g/mol이므로 필요한 HCl의 질량은 0.3몰 x 36.46g/mol = 10.938g이다.
진한 염산 용액은 36wt%의 HCl을 함유하고 있고 밀도가 1.152g/mL이므로, 필요한 HCl 10.938g을 포함하는 진한 염산 용액의 부피는 10.938g / (0.36 x 1.152g/mL) = 26ml이다.
따라서 진한 염산 용액 26ml와 증류수 74ml를 혼합하면 3M HCl 용액 100ml를 제조할 수 있다.
1.4.3. 3% H2O2 용액 제조
실험에 사용하기 위해 3% H2O2 용액 10ml을 제조하였다. 30% H2O2 용액의 밀도는 1.1121g/ml, 3% H2O2 용액의 밀도는 1.0095g/ml이다. 따라서 10ml의 3% H2O2 용액을 제조하기 위해서는 30% H2O2 용액 0.1011ml를 취하고 증류수 9.8989ml를 섞어 주어야 한다. 이렇게 하여 밀도가 1.0095g/ml인 3% H2O2 용액 10ml를 제조할 수 있다.
1.4.4. Luminol의 화학발광 관찰
500ml 삼각 플라스크에 Luminol 0.05g, 3M NaOH 용...
참고 자료
HCl 시약 특성 WIKIPEDIA, “HCl”, https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride
Luminol 시약 특성 WIKIPEDIA, “Luminol”, https://en.wikipedia.org/wiki/Luminol
NaOH 시약 특성 WIKIPEDIA, “Sodium hydroxide”, https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxide
H_2 O_2 시약 특성 WIKIPEDIA, “Hydrogen peroxide”, https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_peroxide
K_3 [Fe(CN)_6] 시약 특성 WIKIPEDIA, “Potassium ferricyanide”, https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_ferricyanide
화학발광 메커니즘 화학교재연구회, 현대일반화학실험, 사이플러스, 2010, pp187-191
NaOH(입상) 분자량, 녹는점, 밀도 WIKIPEDIA, “NaOH”, https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxide
CH_3 COOH 분자량, 밀도, k(at 25℃) WIKIPEDIA, “CH_3 COOH”, https://en.wikipedia.org/wiki/Acetic_acid
노르말 농도 Steven S.Zumdahl, Chemistry 10/ed, Cengage, 2019, pp 536-539.
당량 WIKIPEDIA, “Equivalent(chemistry)”, https://en.wikipedia.org/wiki/Equivalent_(chemistry)
산염기 적정법 Steven S.Zumdahl, Chemistry 10/ed, Cengage, 2019, pp 536-539.
