본문내용
1. 복염의 합성
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 복염(double salt) 중 하나인 (NH4)2Cu(SO4)2를 제조하고 분석함으로써 복염의 원리를 이해하는 것이다."
1.2. 실험 이론
1.2.1. 염
염은 산과 염기 용액이 섞여 중화 반응이 일어나 산의 음이온과 염기의 양이온이 결합하여 있는 이온 결합 화합물이다. 반응하는 물질의 산성과 염기성, 그리고 그 세기에 따라 다른 성질을 갖는 염이 생성된다. 강산과 강염기, 약산과 약염기를 반응시키면 중성염이 생성되며 산 또는 염기 물질의 특성을 나타내지 않는다. 강산과 약염기를 반응시키면 산성염이, 약산과 강염기를 반응시키면 염기성염이 생성되며 산또는 염기 물질의 특성을 갖는다. 이처럼 염은 중요한 화합물로, 다양한 성질을 지니고 있다""이다.
1.2.2. 착염
착염은 중심 전이 금속 이온이 리간드와 결합하여 있는 물질 중 알짜 전하를 가지는 물질을 말한다. 이러한 착이온을 가지고 있는 염을 착염이라고 한다.
착염에서 중심 금속 이온은 주로 전이금속 이온이 사용되며, 이들 이온은 그 특성상 d 오비탈의 전자 배치가 이루어져 다양한 배위 수와 배위 구조를 가질 수 있다. 리간드는 금속 이온에 대해 전자쌍 제공체 역할을 하여 배위 결합을 형성한다. 이때 리간드의 원자 중 금속 이온에 직접 결합하는 주개 원자에 따라 한 자리 리간드, 두 자리 리간드, 다자리 리간드로 분류된다.
예를 들어 [Cu(NH3)4]2+와 같은 착이온에서 Cu2+가 중심 금속 이온이며, NH3가 네 개의 주개 원자를 가진 네 자리 리간드로 작용하여 정사면체 배위 구조를 이루고 있다. 이처럼 중심 금속 이온과 리간드가 결합하여 만들어진 화합물을 착물이라 한다.
착물 중에서 알짜 전하를 가지는 것을 착이온이라고 하며, 이러한 착이온을 가지고 있는 염이 착염이다. 착염은 수용액 상태에서도 완전한 이온 상태로 존재하지 않고 착이온 형태를 유지한다는 점에서 복염과 구분된다.
1.2.3. 복염
복염은 두 개 이상의 염이 특정 비율로 결합하여 결정화된 염을 말한다. 결정화된 형태에서는 단일 물질이지만, 물에서는 용해되어 이온화되는 성질이 있다. 복염을 생성하는 물질들의 특성을 따르지 않고 다른 특성을 갖는다.
복염을 생성하는 과정은 다음과 같다. 산과 염기 용액이 섞여 중화 반응이 일어나면 산의 음이온과 염기의 양이온이 결합하여 염이 생성된다. 이 때 강산과 강염기, 약산과 약염기를 반응시키면 중성염이, 강산과 약염기를 반응시키면 산성염이, 약산과 강염기를 반응시키면 염기성염이 각각 생성된다. 이렇게 생성된 두 개 이상의 염이 특정 비율로 결합하여 복염을 형성한다.
복염은 용해되어 이온화되는 성질이 있기 때문에, 복염을 이루는 각 염의 특성을 따르지 않고 다른 특성을 나타낸다. 이는 복염 내에서 각 이온들이 상호작용하여 새로운 구조와 성질을 갖게 되기 때문이다. 따라서 복염은 단일 화합물로 간주되며, 복염의 성질은 구성 성분의 특성과는 다르게 나타난다.""
1.2.4. 결정화
결정화는 액체나 기체의 균일상으로부터 고체입자(결정)을 얻는 과정이다. 이 과정에서 결정의 성장 속도는 용매의 종류, 용액의 pH, 불순물, 과포화도, 온도 등 다양한 요인의 영향을 받는다. 따라서 동일한 물질에서도 이러한 조건에 따라 결정화의 모양이 다르게 나타날 수 있다.
용해 과정의 반대 과정인 결정화는 용질이 용매에 녹으면서 용질 입자의 농도가 증가하다가 용질 입자가 고체 표면과 충돌하여 다시 고체 상태로 결합하면서 진행된다. 용액 내에 용질이 완전히 녹지 않고 남아있는 경우, 용해와 결정화가 서로 반대되는 과정으로 일어나게 되며, 두 과정의 반응 속도가 같아지면 동적 평형이 이루어진다.
결정화는 물질의 상태가 변화하는 상변화 과정의 하나로, 기화, 액화, 승화 등 물리적인 상태 변화를 포함한다. 이러한 상변화가 일어나는 조건에서 동적 평형이 이루어지는 상태를 상평형 상태라고 한다. 특정 온도와 압력에서의 상평형 상태는 상도표를 통해 도식화할 수 있으며, 이를 통해 주어진 조건에서 물질의 상태를 예측할 수 있다.
복염의 생성에서도 이러한 3성분계 상평형도를 활용할 수 있다. 복염 생성 시 두 가지 염과 용매인 물의 비율에 따라 복염의 조성이 달라지며, 용매의 증발에 따른 상 이동으로 복염이 결정화될 수 있다.
따라서 결정화는 화합물을 분리하고 순수한 상태로 얻는데 매우 중요한 공정이며, 반응 조건을 적절히 조절하여 최대 수율의 결정을 얻는 것이 중요하다."
1.2.5. 상평형
상평형은 물질의 상태가 온도나 압력의 변화에 따라 변화하는 현상을 말한다. 특정 상태에서 더 이상 상변화가 일어나지 않고 동적 평형 상태로 존재하는 상태를 상평형 상태라고 한다. 상도표라고 부르기도 하는 상평형도를 통해 물질의 서로 다른 상태 사이에 평형이 존재하는 조건을 요약하여 도식화하여 나타낼 수 있다. 상도표를 통해 주어진 온도와 압력 등 특정 상태에서 존재하는 물질의 상을 예측할 수 있다.
3성분계 상평형도는 3가지 성분 물질들 사이의 상평형도를 표현한 것이다. 2성분계 상평형도가 2차원에 나타내어지는 것과 달리, 3성분계 상평형도는 보통 3차원상에서 나타...
