서울대학교 화학실험 - 이산화탄소의 헨리상수 측정

목차

1. Background Information
1) 기체의 용해도와 용해 평형
2) 헨리의 법칙
3) 지시약과 그 보편적 원리
4) 적정의 원리와 산-염기 적정
5) 일차표준물질의 사용

2. Results & Discussions
1. 오차의 분석 및 원인 탐구
2. Tasks

3. References

본문내용

1-1) 기체의 용해도와 용해 평형
본 실험에서는 25, 1기압에서 증류수에 드라이아이스를 넣어줌으로써, 드라이아이스로부터 나온 기체 이산화탄소가 대기보다 높은 밀도 탓에 수면 위에 쌓이게 하여, 부분압 1기압의 기체 이산화탄소와 용액 사이에 ‘용해 평형’이 이루어지도록 한다.
기체의 ‘용해 평형’은, 한 기체 화학종이 액체 용매에 녹아들 때, 용해되는 속도와 용매로부터 다시 빠져나오는 속도가 동일하여 용해도의 변화가 더 이상 없는 동적 평형 상태이다. 이때 용질이 녹아든 정도를 이 온도에서 해당 기체 화학종의 (해당 용매에서의) ‘용해도’라 한다. 용해도에는 여러 가지 정의가 있는데, 용매 100g당 녹을 수 있는 용질의 최대량의 그램(g) 수로 정하기도 하고, 용매 1L당 용질의 몰수로 정하기도 한다. 본 실험에서는 그 중 후자의 개념, 즉 몰 용해도(molar solubility)또는 몰 농도(molarity)가 사용되었다.

1-2) 헨리의 법칙(Henry’s Law)
온도가 정해져 있을 때, 용해도가 낮은 기체가 액체에 용해할 때, 용매에 녹아드는 기체의 농도는 수면과 평행을 이룬 공기 중 해당 기체의 부분압과 정비례 관계를 갖는다. 이는 화학자 William Henry가 1803년 알아낸 법칙으로, 이상용액에 가까운, 용해도가 낮은 기체 용액의 용해평형에서 적용 가능한 근사법칙이다. 주어진 용매에 대해 지나치게 용해도가 높은 용질의 경우에는 적용할 수 없으나, 본 실험에서 사용한 용질인 이산화탄소처럼 소량만 녹아드는 경우에는 적용 가능하다.

1-3) 지시약과 그 보편적 원리
pH 변화를 가시화하는 방법은 ‘지시약(indicator)’의 사용으로, 지시약으로는 pH에 민감하게 반응하여 그 자체가 산-염기 반응을 일으켜 구조가 달라지면서 색을 달리하는 물질들이 사용된다.

참고자료

· Oxtoby, D. W., Gillis, H. P., & Butler, L. J. (2015). Principles of modern
· chemistry. Cengage learning.
· Peter Atkins, P., & De Paula, J. (2014). Atkins Physical Chemistry. OUP
· Oxford. (international edition_Topic 11B. Properties of Solutions)
· Daniel.C.Harris,《Quantitative Chemical Analysis》,7th ed, W.H.Freeman
· Driver, J. E. (1988). Bentley and Driver's Qualitative Chemical Analysis: A
· Handbook for Teaching Practice Supervisors (Vol. 1). Hong Kong University Press.
· Sander, R. (2015). Compilation of Henry's law constants (version 4.0) for water as solvent. Atmospheric Chemistry and Physics, 15(8), 4399-4981.
· Wilhelm, E., Battino, R., & Wilcock, R. J. (1977). Low-pressure solubility of
· gases in liquid water. Chemical reviews, 77(2), 219-262.
· Kern, D. M. (1960). The hydration of carbon dioxide. Journal of Chemical
· Education, 37(1), 14.
· Wittke, G. (1983). Reactions of phenolphthalein at various pH values. Journal
· of Chemical Education, 60(3), 239.
· Broecker, W. S. (1998). Greenhouse Puzzles: Keeling's World, Martin's World,
· Walker's World. Eldigio Press.
· Leavit, S. W. (1998). Biogeochemistry, an analysis of global change.