1. 대학 특별활동 사례 : 자대의 재료화학실험실에서 (주)OOOOO과 협력하여 1,2 헥산디올을 대체할 새로운 화장품 보존제로서 Lauryl bispropandiol의 물성과 거동에 대한 연구를 진행했습니다. 이 연구를 바탕으로 1저자로서 KCI 논문을 개제하고 한국공업화학회에서 포스터 발표를 진행했습니다2. 리더십 활동 사례 : 자대에서 학부연구생을 하는 동안 랩장을 맡아 구성원들간의 역할 분담 및 일정 등을 조율할 뿐 아니라 실험의 디스커션을 주도했습니다. 그 누구의 의견도 묻히지 않되, 괜찮은 의견은 더 조명하여 보다 나은 결론이 도출되도록 하는 것이 제 주된 역할이었습니다.3. 수상경력(없는 경우 '없음'입력) : 없음4. 특기 및 자격증 : OPIC 영어 성적으로 Intermediate High 등급을 받았으며, 포항공과대학교 OOO 교수님 연구실에서 7개월간 일하는 동안 미국의 OOO 교수님과 영어로 디스커션을 해왔고 매주 영어로 랩미팅을 해왔기에 영어발표 및 영어로 하는 디스커션에 익숙합니다.5. 과거 이수과목 중관심과목 : 2022년 2학기에 '콜로이드계면화학'을 수강하면서부터 콜로이드 및 self-assembly 에 관심을 갖게 되었습니다. 작은 분자 또는 입자들이 집단적으로 모여 거시적인 거동 및 형태를 이뤄내는 것이 공간적인 사고를 좋아하는 저로서는 굉장히 인상 깊게 다가왔기 때문입니다.6. 희망 전공분야 및 연구주제 : 최근까지 연구해온 실리콘 나노입자를 바이오 및 배터리 분야에 응용해보고 싶습니다. 실리콘 외에도 PS, MSN, 금 등 유기, 무기 나노입자 합성 연구나 클러스터, 야누스 입자, DNA를 통한 자기조립 등 다양한 콜로이드 관련 연구를 접해왔기에 콜로이드 관련 연구를 하고 싶습니다7. 장래계획 :포항공과대학교에서 미국의 OOO 교수님의 국제과제에 참여해 주기적으로 미팅하며 디스커션했던 것이 계기가 되어, 박사 또는 포닥 과정을 해외에서 밟음으로써 세계적인 거장의 지도 하에 전세계의 우수한 과학자들과 교류하며 연구하는 것을 목표로 하게 되었습니다.8. 지원동기 : 뛰어난 교수진과 동료들, 다양한 공동연구 기회, 충분한 실험 장비 등 카이스트 대학원은 제가 연구에 몰입하고 추구하는 데 있어 필요한 모든 인프라를 갖추고 있기에 카이스트 대학원에서의 학위과정을 희망합니다.● 자기소개 및 면학계획을 아래의 공란에 자유롭게 서술식으로 기술하십시오.저는 ‘스스로 원하는 것을 주체적으로 좇으며, 끊임없이 도전하고 성취하는 것’이 인생에서 가장 중요하다고 믿습니다. 대학교 2학년 때 ‘콜로이드 계면화학’을 수강하며 콜로이드 분야에 매료된 이후로, 좋아하는 분야를 좇아 자대 연구실에서 1년간 PS-DVB입자 및 계면활성제 연구를 수행했고 졸업한 후에는 포스텍 OOO 교수님의 연구실에서 연구원으로 총 7개월 동안 연구를 이어갔습니다. 특히 포스텍에서는 미국의 OOO 교수님이 이끄는 국제 과제에 참여하여, Photonic Topological Insulator를 제조하기 위해 photonic crystal 설계시 쓰일 단분산 실리콘 나노 입자를 제조하는 연구를 수행했습니다. 이러한 여정 속에서 저는 늘 ‘안 될 것 같다’는 말을 들어왔습니다. 조기 수석 졸업을 목표로 할 때도, 고려대학교 학점 교류에서 좋은 성적을 내고자 할 때도, 학부생 신분으로 KCI 논문을 준비할 때도 마찬가지였습니다. 심지어 졸업 후 포스텍에서 완벽한 구형의 실리콘 입자 제조를 목표로 했을 때도 많은 선배들이 현실적으로 어려울 거라 말했습니다. 하지만 저는 타인의 말에 휘둘리지 않고 끝까지 목표를 추구한 덕분에 학부 시절의 목표들을 모두 달성할 수 있었고, 비록 목표했던 크기와는 다소 차이가 있으나 완벽한 구형의 실리콘 나노입자도 제조할 수 있었습니다. 이처럼 제가 꿋꿋이 나아갈 수 있었던 것은 연구에 대한 애정이라는 원동력이 있었기 때문입니다. 실리콘 입자 연구 당시 주말마다 다른 실험실의 furnace를 빌려 SiO annealing 실험을 진행했고, 평일에는 결과물의 SEM data를 분석하며 관련 논문을 공부했습니다. 지식이 부족하다 생각되면 퇴근 후 도서관에 들러 10권도 넘는 전공 서적을 찾아 읽었고, 밤마다 새로운 가설을 세우며 잠들곤 했습니다. 하루 종일 혼이 나서 무척 속상했던 날, 밤늦게 좋은 데이터가 나와 갑작스레 하늘을 찌를 듯 행복해진 적도 있었습니다. 이처럼 저는 좋아하는 마음이 원동력이 되어 더욱 연구에 몰입할 수 있었고, 주도적으로 행동할 수 있었으며, 끊임없이 도전해 성취할 수 있었습니다. 카이스트 대학원에서 학위과정을 밟게 된다면, 제가 애정하는 실리콘 나노입자 연구를 응용하여 메타물질 분야 뿐 아니라 바이오 및 배터리 분야로도 확장해보고자 합니다. 예를 들어, 실리콘 퀀텀닷은 기존 유기 형광염료보다 밝고 생체 독성이 낮아 바이오 이미징 분야로 연구되고 있으며, 실리콘 나노입자는 높은 이론 용량 덕분에 리튬이온배터리의 흑연 대체재로도 연구되고 있습니다. 향후 크기 제어에 성공해 원하는 크기의 실리콘 나노입자를 쉽게 얻을 수 있게 된다면, 입자 표면에 SiO2 산화막을 성장시킨 후 생체적합성 폴리머를 결합해 바이오 라벨 분야로 응용하거나, 다공성 실리콘 나노입자를 제조한 후 탄소 쉘을 형성함으로써 anode 소재 용 Si/C복합재를 개발해 cycle 중의 crack 형성 문제를 개선해보고자 합니다. 실리콘 입자 연구가 아니더라도 고분자 콜로이드 입자 합성, 계면활성제 합성, 계면활성제의 미셀 거동 분석 등 저는 다양한 콜로이드 분야의 연구 경험을 갖추고 있으며, 콜로이드 실험실에서 PS, Silica, MSN, Au, TiO2 등 다양한 나노입자 합성 연구와 클러스터, 야누스 입자, 입자 패터닝, DNA 기반 self-assembly 등 다양한 콜로이드 연구를 간접 체험해왔습니다. 훌륭한 실험 인프라 및 인적 자원을 갖춘 카이스트 대학원은 제 인생의 가치를 추구하기에 최적의 환경이라고 생각하기에, 콜로이드 기반 연구를 좇아온 제 연구 여정의 다음 스텝은 카이스트 대학원에서 이어지기를 간절히 희망합니다.
콘텐츠의 핵심은 전달력! 안녕하세요, 어려운 과학지식을 대중에게 ‘쉽고’ ‘재밌게’ 전달할 수 있는 창작자, 화장품학전공의 OOO 입니다.저는 현재 인스타그램에서 저의 20대 일상이야기를 담은 인스타툰을 연재하고 있습니다. 저는 경험을 무엇보다 중요히 여기는 사람이기에, 대학교 1학년 한 해 동안 과동아리, 연합동아리, 스터디, 대외활동, 공모전, 학교 대회 등등 수많은 활동에 참여해 왔습니다. 따라서 또래에 비해 많은 경험을 해봤으며, 이는 제 일상이야기의 주 콘텐츠로 작용합니다. 지난 LS 영크리에이터들이 20대 트렌드 콘텐츠를 발굴하여 [20대 라이프 기사]를 쓰는 활동을 해왔음을 알고 있습니다. 이는 제가 현재 하고있는 20대 일상 인스타툰 연재 활동과 일맥상통하기에 현재 제 능력은 이 활동을 수행하기에 맞춤화되어 있다고 자신하며, 이것이 제가 LS 영크리에이터 8기에 지원하게 된 첫 번째 이유입니다.또 저는 지금껏 ‘쉽고’ ‘재밌게’ 과학지식을 전달하는 활동을 꾸준히 해왔습니다. 고등학교 2학년 시절, 저는 과학신문동아리의 기장을 맡아 총 5편의 신문을 발행한 경험이 있습니다. 신문을 발행할 때마다 물리, 화학, 생명, 지학 중 한 과목을 대주제로 삼아, 해당 과목과 연관된 과학지식을 기사형식으로 콘텐츠화하여 신문 형식으로 편집 후 발행하는 동아리였습니다. 신문을 발행하면서 가장 고민했던 것은 ‘학생들은 왜 우리 신문에 관심을 갖지 않는 걸까?’였으며, 고민 끝에 저는 ‘우리 신문이 학생들의 흥미를 끌지 못하기 때문’이라는 결론을 내렸습니다. 그동안 저희는 ‘우리가 쓰고 싶은 것’에만 초점을 맞추었지, ‘대상이 읽고 싶은 것’은 정작 고려하지 않았기 때문입니다. 그때부터 저희는 ‘강아지도 꿈을 꿀까?’, ‘초미세먼지가 우리 몸에 끼치는 영향’ 등등 대상에게 와닿고 흥미로워할 법한 주제를 선정하게 되었고, 점진적으로 독자들을 늘릴 수 있었습니다. 이를 통해, 콘텐츠는 전달대상에 초점을 맞춰 제작해야하며 전달대상의 흥미를 끌 수 있도록 ‘재밌게’ 만들어야 한다는 것을 깨닫게 되었습니다.그리고 작년에 서울시교육청 검정고시 지원단 1기 대외활동을 진행하면서도 지식전달에 대한 고민은 이어졌습니다. 저는 총 4명의 멘티를 맡아 검정고시 과학 멘토링을 진행했습니다. 멘토링 초기에는 단순히 책 내용에 초점을 맞춰 가끔 부연 지식을 첨가하는 방식으로 수업을 진행했었습니다. 하지만 얼마 못 가 학생들이 이해하기 힘들어하고 집중하지 못하는 모습을 보게 되었습니다. 저는 어려운 과학지식을 ’쉽게‘ 전달하는 방법을 고민하게 되었고, 그 결과 제가 선택 한 방법은 스토리텔링을 곁들이거나 일상에 와닿는 사례를 드는 것이었습니다. 어려운 우주론이라도 우주론을 둘러싼 과학자들의 논쟁을 곁들여 얘기해주면 멘티들의 집중도가 올라갔으며, 중화반응을 배우더라도 일상에서 중화반응을 활용한 사례를 들어주면 멘티들에게 과학에 대한 친밀감을 줄 수 있었습니다. 이를 통해, 저는 전달대상들이 어려워할 만한 과학지식을 ’쉽게‘ 전달하는 방법을 체득하게 되었습니다.
자기소개 및 연구계획서2025-26학년도 포항공과대학교 대학원 지원자※ 총 2페이지 내외로 작성 / 자필 작성도 가능※ 아래 작성가이드를 참고하여 자기소개와 연구계획을 구분하여 자유롭게 기술하십시오.성명생년월일지원학과배터리공학과1. 자기소개서 (자유로운 분량으로, 포항공과대학교 대학원 학위 과정의 의미와 이를 통해 달성하고자 하는 목표 등을, 지원 동기와 그동안의 노력 및 경험을 바탕으로 작성하시오.)포항공과대학교 대학원에서의 학위과정은 제게 있어 단순한 학위 취득을 넘어 지향하는 연구자의 모습으로 성장하기 위한 수련의 과정이며, 이를 통해 자신과 세계로부터 인정받는 성숙한 연구자로 거듭나는 것이 제가 달성하고자 하는 목표입니다. 저는 이상적인 연구자가 되기 위해서 다음 세 가지를 갖춰야 한다고 생각합니다.첫째, 그 어떤 상황에서도 무엇이 가장 중요한지 우선순위를 알아야 합니다. 저는 지난 5개월간 연구원으로서 포항공과대학교 OOO 교수님 연구실에서 모양과 크기가 균일한 실리콘 나노입자를 제조하는 연구를 해왔습니다. 그 시간 동안 연구는 학습보다 오히려 체스와 닮아있다는 생각을 자주 하게 되었습니다. 제 연구를 예로 들면, 실리콘 입자의 모양이 균일하지 않고서는 density gradient로 입자를 분리하더라도 monodisperse하게 얻을 수 없었기에, 입자의 모양 균일성을 크기 균일성보다 우선시해야 했습니다. 또한 다른 크기의 입자보다도 목표로 한 300nm 실리콘 입자의 모양을 균일하게 만드는 것을 우선시해야 하기도 했습니다. 체스에서 판의 전황을 파악하고 킹의 확보를 위해 최적의 수를 두듯이, 연구할 때도 새로운 데이터를 파악한 후 목표를 위해 늘 가장 유의미한 실험을 진행해야 했습니다. 이를 통해 우선순위를 아는 것이 연구를 진행하는 데 필수적임을 깨닫게 되었습니다.둘째, 자신을 믿고 나아갈 줄 알아야 합니다. 저는 학부 때부터 “안 될 것 같다.”는 말을 많이 들어왔습니다. 조기 수석 졸업을 목표로 할 때도, 고려대학교로 학점교류를 가서 좋은 학점을 받고자 할 때도, 학부연구생을 하며 KCI 논문을 작성하려 할 때도 사람들은 늘 “안 될 것 같다.”는 말을 하곤 했습니다. 심지어 실리콘 나노입자 연구를 할 때도 완벽한 구형을 만들기는 힘들 거라는 말, 입자 파괴 문제에 대한 제 가설이 틀렸을 것이라는 말 등 부정적인 말을 계속 들어왔습니다. 하지만 저는 결국 학부생 시절의 목표를 모두 이룬 것에 더해, 목표 크기에서는 벗어났지만 완벽한 구형의 입자를 얻기 시작했으며 입자 파괴 문제는 실리콘의 산화로 인해 발생한다는 가설도 검증할 수 있었습니다. 이 성취들은 타인의 말에 휘둘리지 않고 틀린 가설일지라도 실패를 거듭하며 나아갔기에 얻을 수 있었다고 생각합니다. 따라서 연구자는 자신을 믿고 정진하는 자세가 필요함을 깨닫게 되었습니다.셋째, 자신의 연구를 사랑해야 합니다. 대학교 2학년 때 ‘OOOO’을 수강하며 OOO에 매력을 느끼게 된 것을 시초로, 좋아하는 분야를 좇아 PS-DVB 입자를 연구하던 자대 연구실에서 1년간 학부연구생 생활을 한 후 OOO를 연구하는 포스텍 OOO 교수님 연구실까지 도달하게 되었습니다. 학부생 시절부터 좋아해 온 분야인 만큼 OOO 교수님 연구실에서 실리콘 입자를 연구하는 동안은 행복할 때가 많았습니다. 주말에는 SiO annealing 실험을, 평일에는 주말 동안 얻은 product의 SEM image를 얻어 데이터 해석을 했으며, 논문 공부만으로 부족할 땐 도서관에서 전공 서적을 빌려 읽고 future plan을 위한 가설을 끊임없이 세웠습니다. 해보고 싶은 실험이 있으면 RETINA 사이트나 연구실 동료들의 도움을 빌려 어떻게 서든 장비를 빌렸고, 제 실험에 적합한 furnace를 구매하기 위해 10곳이 넘는 업체에 문의를 하기도 했습니다. 하루 종일 혼이 났던 어느 날엔 내내 속상했다가도, 그날 밤 좋은 데이터가 나와서 하늘을 찌를 듯 갑작스레 행복해진 경험도 있습니다. 이 모든 행동은 제가 제 연구를 사랑했기에 일어날 수 있었던 일이라 생각합니다. 이 경험을 통해 긴 시간 동안 연구 생활을 지치지 않고 하기 위해서는 반드시 심리적인 원동력, 즉 사랑하는 마음이 필요함을 깨닫게 되었습니다.포항공과대학교 대학원에서의 연구 경험을 통해 저는 우선순위 파악 능력, 자신을 믿고 나아가는 자세, 연구를 사랑하는 마음의 중요성을 배울 수 있었습니다. 지난 시간동안 포항공과대학교가 가르쳐준 위 3가지 연구자로서의 핵심 자질을 학위과정을 통해 끈기있게 갈고닦음으로써, 끝내 세계가 필요로 하는 우수한 연구자로 거듭날 수 있도록 포항공과대학교 대학원에 입학하고자합니다.2. 연구계획 (자유로운 분량으로, 이수 전공과목 중 관심 과목, 관심 연구 분야 및 관심을 갖게 된 동기, 희망 연구 분야 및 연구 계획, 연구 방향과 목표, 연구의 가치에 대한 자신의 논리적 생각 등을 기술하시오.)포스텍 OOO 교수님 연구실에서 5개월간 일하는 동안, 외국인 교수님이 이끄시는 국제 과제에 참여해 Photonic Topological Insulator 제조에 쓰일 모양과 크기가 균일한 실리콘 나노입자를 만드는 연구를 해왔습니다.목표로 하는 Photonic Topological Insulator를 제조하려면 서로 다른 Refractive Index를 가지는 물질을 주기적으로 배열해 Photonic crystal을 설계해야 하기에, 저는 (1) 완벽한 구형에 가까운 모양과 (2) monodisperse에 가까운 좁은 size distribution을 목표로 실리콘 나노입자를 제조해 왔습니다. 그동안 입자가 고온에서 파괴되는 문제, 입자가 완벽한 구형으로는 형성되지 않는 문제, platy 및 needle-like 입자들이 형성되는 문제, Snowman-like particle이 형성되는 문제 등등 여러 난관에 부딪혀왔습니다. 이들 중 입자 파괴와 완벽한 구형에 대한 문제는 해결이 됐거나 실마리를 찾았지만, 아직 Snowman-like particle과 platy 및 needle-like 입자가 형성되는 문제를 해결하지 못하고 있습니다. 포항공과대학교 배터리공학과에 석사로 입학하게 된다면 학위과정 초반에는 아직 해결되지 않은 문제들을 해결하고 더 완벽한 구형의 단분산 실리콘 나노입자를 만드는 데 열을 다할 예정입니다.실리콘 나노 입자를 제조한 후에는 신소재공학과 OOO 교수님의 연구실과 협업하여 마스터 몰드로 주기적인 honeycomb 패턴이 떠진 하이드로젤 판을 제조한 후 패턴화된 하이드로젤에 실리콘 입자를 monolayer로 배열할 예정입니다. 하이드로젤과 실리콘 입자의 주기적인 Refractive Index 차이를 통해 Photonic Crystal이 제조되면 edge flow 등의 광학적 성질을 관찰함으로써 Photonic Topological Insulator의 성질이 관찰되는지 연구할 계획입니다. 만약 Photonic Topological Insulator로서의 광학적 성질이 관찰된다면, 하이드로젤 판을 늘리거나 압축해 Refractive Index 주기의 변화에 따른 광학적 성질과 축을 중심으로 하이드로젤 판을 겹치고 비틀었을 때의 광학적 성질 등을 연구하는 것이 현재 제가 참여하고 있는 국제 과제의 최종 목표입니다.국제 과제에서 제가 맡은 바를 원활히 마치게 된다면, 실리콘 나노입자를 배터리 분야에 응용해보고 싶습니다. 실리콘은 흑연에 비해 이론 용량이 매우 높기에 리튬이온배터리의 주요 anode 소재인 흑연의 대체제로서 조명되고 있습니다. 하지만 silicon anode는 전기전도도도 낮을뿐더러 cycling 중 높은 부피 팽창으로 인해 crack이 형성되는 문제가 있기에, 이를 극복하기 위해 실리콘을 단독으로 사용하기보다는 Si/C 복합재를 anode 소재로써 이용하려는 연구가 계속되고 있습니다. 150nm 이하의 실리콘 나노입자는 anode로 사용 중 부피 팽창이 심하게 일어나도 crack이 생기지 않는다는 논문과 실리콘 나노입자가 다공성 구조일 경우 높은 부피 팽창을 수용할 뿐 아니라 리튬 이온의 확산도 촉진할 수 있다는 논문을 읽은 적이 있습니다. 만약 제가 실리콘 나노입자를 연구하며 입자의 모양과 크기를 제어할 수 있게 된다면, porous silicon spherulite를 core로써 성장시킨 후 위로 탄소 shell을 형성시킴으로써 core-shell 구조의 Si/C 복합재를 만들어 cycle 중의 crack을 최소화하고자 합니다.
1. 실험 목적이번 실험에서는 PCR을 통해 타겟 DNA를 증폭시킨다.2. 이론PCR이란 DNA의 원하는 부분을 복제·증폭시키는 분자생물학적인 기술이다.1) PCR을 통해 얻어진 많은 양의 타겟 DNA는 해당 유전자의 존재 여부를 진단하는 용도로 쓰이기도 한다. 예를 들어, 코로나 진단키트도 코로나바이러스의 DNA를 증폭시킴으로써 해당 원리를 따른다.PCR에 쓰이는 기기는 PCR technique으로, 사이클에 거쳐 온도를 유지해주기에 thermal cycler라고도 부른다. PCR을 제대로 진행하기 위해서는 PCR technique에 넣는 tube에 타겟 DNA, 두 종류의 프라이머, 뉴클레오타이드, DNA polymerase. 이렇게 총 4개가 모두 들어있어야 한다.PCR의 원리는 다음과 같다. 우선 PCR 기기가 95도를 유지할 때는 denaturation 단계가 일어난다. denaturation 단계에서는 이중나선이 단일가닥으로 떨어져 나온다.그 후 PCR 기기가 95도에서 55~65도 사이로 온도가 낮춰져 유지가 되며 annealing 단계가 일어난다. annealing 단계에서는 상보적인 서열의 존재에 따라 renaturation되어 프라이머가 단일 가닥에 붙는다.마지막으로 PCR기기가 72도 정도로 온도를 높여 유지되면 polymerase 단계가 일어난다.polymerase 단계에서는 polymerase가 활성되어 프라이머를 시작점으로 해서 단일가닥으로 부터 이중가닥을 형성한다. 이 세 단계(denaturation->aneealing->polymerase)가 하나의 cycle을 이루고 있으며, PCR 기기는 해당 cycle를 온도를 통해 반복한다(95도->55도->72도). cycle이 늘어날수록 점점 타겟 DNA가 증폭되어 필요없는 부분까지 포함하고 있던 DNA 대비 타겟부분만 가진 짧은 DNA 양이 늘어나 점점 짧은 DNA의 퍼센트가 높아진다.
1. 실험 목적이번 실험에서는 제한효소로 플라스미드 dna를 자른 후 전기영동을 통해 플라스미드 DNA가 제대로 잘렸는지 확인한다.2. 이론제한효소란 이중 가닥 DNA 분자의 특정한 염기서열을 인식하여 그 부분이나 그 주변을 절단하는 것을 촉매하는 효소를 말한다.1) 제한효소는 nucleic acid를 분해하는 효소이기에 nuclease의 일종이다. 제한효소는 DNA의 특정 염기서열만 인식해 자르는데, 보통 DNA를 중간에서 끊어주기에 endonuclease라고한다(endonuclease란 DNA나 RNA의 중간 부분을 절단할 수 있는 효소를 말한다. 참고로 DNA의 끝에서부터 끊어주는 것은 exonuclease라 한다). 제한효소는 highly specific하게 염기서열을 인식하며, 인식하는 염기서열은 제한효소 종류마다 다르다.제한효소가 DNA를 자르는 원리는 다음과 같다. DNA는 nucleotide가 공유결합으로 연결된 이중나선구조이다. nucleotide 한 단위에 당, 염기, 인산이 1:1:1로 존재한다. nucleotide로 연결된 2개의 단일 가닥에서 염기들끼리는 서로 수소결합으로 연결되어있다. 또한 단일가닥내에서 연결된 nucleotide는 phosphate를 매개로 공유결합되어 연결되어있다. 제한효소가 DNA를 자를 때는 phosphodiester 본드를 깨서 자르는데, 이때 P-O bond를 깨트린다. 시각적으로 표현하면 아래 사진에서 빨간색으로 표시된 bond를 자르는 것이다. 이때 H2O가 이 bond를 공격하면서 잘리는 거라 이 메커니즘은 가수분해반응이라고도 말할 수 있다.제한효소는 원래 박테리아가 가지는 효소인데, 이는 바이러스가 침투했을 때 그 바이러스의 DNA의 특정 염기서열을 인식하고 잘라 바이러스가 몸에서 증식하는 걸 막기 위함이다.제한효소가 바이러스의 DNA를 자르는 원리는 다음과 같다.
반응열의 측정과 Hess의 법칙 - 실험 보고서1. 실험 목적고체 수산화나트륨과 염산의 중화 반응을 한 단계 및 두 단계로 진행시켜 각 단계의 반응열을 측정하고 Hess의 법칙을 확인한다.2. 이론실험실에서 대부분 화학반응은 일정한 압력 하에서 이루어지므로 반응열은 엔탈피와 같게 된다. 화학 변화가 진행되는 동안에 발생 또는 흡수된 열량, 즉 반응열은 반응 전의 물질의 종류 및 상태와 반응 후의 물질의 종류 및 상태만 같으면 반응 경로에는 관계없이 항상 일정하며, 이것을 Hess의 법칙이라고 한다. 이 Hess의 법칙은 엔탈피가 반응 경로와는 무관한 상태 함수이기 때문에 성립되는 법칙이며, 열역학 제 1법칙의 결과이다.고체 수산화나트륨과 염산과의 중화반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같으며, 여기서TRIANGLE H _{1}은 이 반응의 반응열이다.NaOH(s)`+`H ^{+} (aq)`+`Cl ^{-} (aq)` REL rarrow {TRIANGLE H _{1}} {} ``H _{2} O(l)`+`Na ^{+} (aq)`+`Cl ^{-} (aq) (1)이 반응을 다음과 같이 두 단계로 일어나게 할 수 있다. 즉 고체 수산화나트륨을 물에 녹여 NaOH 수용액을 만들고, 이것을 염산으로 중화한다.NaOH(s)`+`H _{2} O` REL rarrow {TRIANGLE H _{2}} {} `Na ^{+} (aq)`+`OH(aq) (2)Na ^{+} (aq)`+`OH(aq)`+`H ^{+} (aq)`+`Cl ^{-} (aq)` REL rarrow {TRIANGLE H _{3}} {} `H _{2} O(l)`+`Na ^{+} (aq)`+`Cl ^{-} (aq) (3)여기서TRIANGLE H _{2} 및TRIANGLE H _{3}는 각각 두 반응에 대한 반응열이다.반응식 (2)와 반응식(3)을 더하면 반응식 (1)이 된다. 따라서 각 반응열 사이에서도 다음과 같은 Hess의 법칙을 만족시키는 관계가 성립된다.TRIANGLE H _{1`} =` TRIANGLE H _{2흡열일 때는 음(-)의 부호로 표시한다. 반응열은 반응물이나 생성물의 상태(고체 · 액체 · 기체)에 따라 열량이 다르므로 필요하면 이를 명시한다.Q. 상태함수란?A. 계의 상태에만 의존하고 현재 상태에 도달하기까지의 경로, 즉 과정에는 무관한 함수를 의미한다. 열역학적 평형 상태를 결정하는 에너지, 부피, 압력, 온도나 엔트로피 등이 이에 포함된다. 상태함수는 과정이 어떻게 되던 처음의 상태와 마지막의 상태가 같으면 상태함수 또한 같다.3. 실험 시약 및 기구시약 : 0.5M NaOH, 0.5M HCl, 0.25M HCl. 고체 NaOH 2g*NaOH : 물에 녹아 강염기성 수용액을 만들고 식음료, 비누 등의 산업에서 널리 사용된다. 1998년에 세계적으로 4500만톤이 생산되었다. 화학실험에서 가장 널리 사용되는 염기이며, 산업계에서는 흔히 가성소다라고 일컫는다.*HCl : 상온, 상압에서 무색의 유독한 기체이다. 염화수소의 분자식 HCl은 흔히 염산을 가리키기도 한다. 산의 종류로 특징에 제일 관여하는 것은 수소 이온이다. 또한 염화수소는 중화반응을 설명할 때 가장 자주 사용되는 산의 종류이다.기구 : 삼각 플라스크(250mL) 3개(바닥이 편평하고 넓은 원뿔 모양의 플라스크이다.), 눈금 실린더(100mL)(액체의 부피를 재는 과학기구 중 하나로 원통형 모양의 실린더에 눈금이 있는 것을 말한다), 비이커(500mL)(경질 유리나 스테인리스 등으로 제작된 화학 실험 기구로 액체를 담거나 가열할 때, 혼합물을 만들 때 등 다양한 용도로 사용된다.), 온도계(0~100, 눈금 1)(온도에 따라 수은의 부피가 변화하는 양을 이용하여 온도를 측정하는 기기이다.), 저울(무게 또는 상대적인 질량의 비를 측정하는 데 쓰이는 기구이다), 스티로폼통(스티로폼으로 된 통이다. *스티로폼 : 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다. 다량의 작은 공기층으로 구성되어 있으며 물을 거의 흡수하지 않으며, 세균이나 곰팡이에 손상되지 않아 포장에 많이 플라스크의 질량이며, 묽은 수용액의 비열은 4.18 J/g, 유리의 비열은 0.85 J/g으로 가정한다.)1. 반응 1의 반응열(용액의 무게) = (중화된 용액 + 비커의 무게) - (비커의 무게) - (유산지의 무게)THEREFORE `m(용액)`=`296.1g`-`97.9g`-`0.24g`=`198.0g(용액의 온도 상승량) = (비커의 온도 상승량),(용액 or 비커의 온도 상승량) = (중화된 용액의 최고 온도) - (염산 용액의 온도)THEREFORE TRIANGLE T`=`28.0 CENTIGRADE `-`23.0 CENTIGRADE `=`5.0 CENTIGRADE `(용액에 의해 흡수된 열량) + (비커에 의해 흡수된 열량) = (반응 1에서 방출된 열량)THEREFORE `198.0g` TIMES `5.0 CENTIGRADE ` TIMES 4.18J/g BULLET CENTIGRADE `+`97.9g` TIMES `5.0 CENTIGRADE ` TIMES 0.85J/g BULLET CENTIGRADE `=`4100J`+420J`=`4520J(각각 곱셈 후 유효숫자 2개로 처리)2. 반응 2의 반응열(용액의 무게) = (NaOH 용액 + 비커의 무게) - (비커의 무게) - (유산지의 무게)THEREFORE `m(용액)`=`293.6g`-`100.0g`-`0.22g`=`193.4g(용액의 온도 상승량) = (비커의 온도 상승량),(용액 or 비커의 온도 상승량) = (NaOH 용액의 최고 온도) - (물의 온도)THEREFORE TRIANGLE T`=`25.1 CENTIGRADE `-`23.2 CENTIGRADE `=`1.9 CENTIGRADE `(용액에 의해 흡수된 열량) + (비커에 의해 흡수된 열량) = (반응 2에서 방출된 열량)THEREFORE `193.4g` TIMES `1.9 CENTIGRADE ` TIMES 4.18J/g BULLET CENTIGRADE `+`100.0g` TIMES `1.9 CENTIGRADE ` TIMES 0.85 밖으로 튀었을 수도 있으며, 눈금실린더 기구 안에 용액의 잔여물이 남아있을 수 있기 때문이다.6. 참고문헌한정태 외, 일반화학실험, 명진, 2008, p.43“반응열.” 사이언스올. 2017년 12월 14일 수정. 2021년 10월 18일 접속. https://www.scienceall.com/%eb%b0%98%ec%9d%91%ec%97%b4-heat-of-reaction-%e5%8f%8d%e6%87%89%e7%86%b1/?term_slug=&sa_term=scidictionary“흡열반응.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 18일 접속. https://www.scienceall.com/%ed%9d%a1%ec%97%b4%eb%b0%98%ec%9d%91endothermic-reaction/?term_slug=&sa_term=scidictionary“발열반응.” 사이언스올. 2017년 12월 22일 수정. 2021년 10월 18일 접속. https://www.scienceall.com/%eb%b0%9c%ec%97%b4-%eb%b0%98%ec%9d%91-exothermic-reaction-%e7%99%bc%e7%86%b1%e5%8f%8d%e6%87%89/?term_slug=&sa_term=scidictionary“산·염기 반응.” 사이언스올. 2017년 5월 25일 수정. 2021년 10월 18일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%82%b0%c2%b7%ec%97%bc%ea%b8%b0-%eb%b0%98%ec%9d%91-acid-basic-reaction/?term_slug=&sa_term=scidictionary“산.” 위키백과. 2021년 5월 18일 수정. 2021년 10월 18일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%B0_(%ED%99%94%ED%95%99)“염기.” 위키백과. 2021년 9월 11일 수정. 2021년 10월 18일 접속, https://ko.wikipe년 7월 29일 수정, 2021년 10월 4일 접속, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%80%EC%9A%B8“스티로폼.” 위키백과. 2021년 6월 7일 수정. 2021년 10월 17일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%8B%B0%EB%A1%9C%ED%8F%BC“핀셋.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정, 2021년 10월 17일 접속. https://www.scienceall.com/%ED%95%80%EC%85%8Bpincette-forceps/“씻기병.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%94%bb%ea%b8%b0%eb%b3%91washing-bottle/?term_slug=&sa_term=scidictionary“알칼리.” 위키백과. 2018년 7월 26일 수정. 2021년 10월 17일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%8C%EC%B9%BC%EB%A6%AC“시약포지.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 17일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%8b%9c%ec%95%bd%ed%8f%ac%ec%a7%80weighing-paper/?term_slug=&sa_term=scidictionary“실험 기구.” 브리태니커 비주얼사전. 2012년 수정. 2021년 10월 17일 접속. https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1838858&cid=49078&categoryId=49078“약수저.” 사이언스올. 2012년 12월 10일 수정, 2021년 10월 4일 접속, https://www.scienceall.com/%ec%95%bd%ec%88%98%ec%a0%80/?term_slug=“흡습성.” 나무위키. 2020년 10월 31일 수정. 2021년 10월 18ry
물질의 분자량 측정 - 실험 보고서1. 실험 목적기체는 이상 기체 법칙을 아주 근사적으로 잘 따른다는 가정 하에 주어진 온도와 압력 하에서 일정한 기체의 부피에 대한 무게를 재고 이상 기체의 상태 방정식을 이용함으로써 쉽게 액화하는 화합물의 분자량을 결정한다.2. 이론분자 1몰의 질량을 분자량이라고 한다. 원자량은 탄소 원자의 동위원소 가운데 자연계에 가장 많이 존재하는 질량수 12의 탄소 동위원소를 기준으로 정의된다. 즉, 질량수 12인 탄소 동위원자 12.00g에 들어 있는 탄소 원자의 수를 아보가드로 수라고 하고, 아보가드로 수 만큼의 원자 또는 분자의 질량을 분자량이라고 한다. 원자량과 분자량은 모든 화학 반응을 이해하는데 가장 기본적인 양이다.대부분의 기체는 상온, 상압에서 이상 기체 상태 방정식을 만족하기 때문에, 기체의 부피(V), 온도(T), 압력(P), 그리고 기체의 무게(w)를 측정하면 이상 기체 상태 방정식으로부터 분자량(M)을 결정할 수 있다.PV`=`nRT`=` {w} over {M} RTM`=` {wRT} over {PV}n은 몰수이며 기체의 압력은 대기압과 같고 그 때의 온도는 물 중탕의 온도와 같다고 볼 수 있겠다.이 실험에서는 일정한 부피의 플라스크를 채울 수 있는 기체를 액화시켜, 그 무게를 측정함으로써 화합물의 분자량을 결정한다.+이론에 대한 추가 조사Q. 기체 상수란?A. 이상기체 상태방정식인 PV=nRT 에서 R을 기체 상수라 한다. (압력 P, 부피 V, 절대온도 T) 기체 상수는 단위가 다를 때 그 값이 약간씩 다르지만 거의 비슷하며, 기체 상수를 1몰의 입자수로 나누면 볼츠만 상수가 된다. - 다양한 단위에서의 기체상수Q. 이상기체 상태방정식이란?A. 이상기체를 다루는 상태 방정식으로, 기체 분자 운동론의 기본을 이룬다. 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 보일-샤를의 법칙 및 아보가드로 법칙 등을 포함하며, 이를 이용해 기체의 분자량을 구할 수 있다. 다만, 실제 기체는 이상기체와 다르기 때문에 이상기체 상태방정식에 대입하 때 사용하는 기구를 말한다), 바늘(바느질하는데 쓰는 쇠로 만든 기구로 가늘고 끝이 뾰족하며 머리에 실을 꿰는 구멍이 있다), 온도계(온도에 따라 수은의 부피가 변화하는 양을 이용하여 온도를 측정하는 기기이다.), 스탠드(화학실험 기구를 손으로 들고 하는 것보다 조금 더 정확한 측정이나 편리한 측정을 위해 고정시켜 놓는 기구이다),, 클램프(작업을 할 때 재료나 부품을 고정하거나 접착할 때 사용하는 기구이다), 화학 저울(무게 또는 상대적인 질량의 비를 측정하는 데 쓰이는 기구이다), 알루미늄 호일(알루미늄 합금을 얇게 압연한 시트를 말한다.), water bath(온도제어장치를 붙여 일정한 온도범위가 유지되도록 한 수조다.), 휴지(일상 생활 또는 화장실에서 바닥의 잔 부스러기나 액체 따위를 닦을 때 사용하는 얇은 종이 또는 쓰다가 쓸모없어진 종이 따위를 일컫는 말이다.), 플라스틱 세척병(세척병이라고도 하며, 병 안에 증류수, 알코올 등을 넣어서 화학실험용 유리를 세척하거나 용기에 미량의 액체를 첨가할 때 쓴다.)4. 실험 방법100mL 삼각 플라스크의 입구를 호일로 막고, 작게 구멍을 뚫은 후 전체 무게(호일+삼각플라스크)를 측정했다. 무게 측정 후, 삼각 플라스크에 액체시료 2mL를 넣고 호일로 다시 닫았다. water bath의 온도를 90도로 설정한 뒤, 삼각 플라스크를 클램프로 집어 스탠드에 설치했다. 그리고 삼각 플라스크를 water bath에 넣고 액체 시료가 모두 기화될 때까지 기다렸다(실험 중 삼각 플라스크를 밖으로 빼지 않는다). 액체가 모두 기화된 시점에서 끓는 물의 온도를 측정했고, 삼각 플라스크를 water bath에서 꺼내어 실온에서 10분간 식힌 후 물기를 닦았다. 응축된 시료가 담긴 플라스크와 호일 뚜껑의 무게를 실온에서 다시 측정헸다(이 무게를 처음에 측정했던 무게로 빼서 응축된 시료의 무게를 구했다). 삼각 플라스크를 물로 2~3번 세척 후, 플라스크 안을 물로 가득 채운 뒤 200mL 메스실린더에 부어 부피를 측정했다.4의 알콜들 중에서는 아주 비슷하다고 할만한 분자량을 가진 알콜은 없었다. 따라서 알콜 중에서도 그나마 82g/mol과 가까운 분자량을 가진 ‘아이소프로필 알코올’을 액체시료의 정체로서 가정하고 고찰해보았다.실험을 통해서 도출해낸 액체시료, 즉 아이소프로필 알코올의 분자량은 82g/mol이었으나, 실제 정의되어있는 아이소프로필 알코올의 분자량은 60.1g/mol이었다. 실제 분자량과 실험으로 도출해낸 분자량의 오차율은LEFT | {82g/mol`-`60.1g/mol} over {60.1g/mol} RIGHT | ` TIMES `100%`=`36%로, 높은 오차율을 보였다.우선적으로 생각해 볼 수 있는 오차의 원인은 액체 시료가 기화되어 형성된 기체가 실제기체라는 부분이다. 분자량을 도출하는 과정에서 이상기체 상태방정식을 이용했는데, 이 식을 통해 정확한 값을 도출해내려면 반드시 해당 기체가 이상기체여야 한다. 이상기체란 탄성 충돌 외의 상호작용을 하지 않는 점입자로 이루어진 기체인데, 액체시료가 기화되어 형성된 기체는 이상기체와는 달리 부피도 갖고 있고 분자끼리의 반발력과 인력 또한 존재한다. 따라서 실제기체의 측정값을 이상기체 상태방정식에 대입한 이상, 오차가 생길 수밖에 없다.M`=` {wRT} over {PV}위 같은 근본적인 이유를 제외하고, 실제 분자량에 비해 도출된 분자량값이 더 크게 나온 이유로는 실험 과정 속 여러 요소들을 생각해볼 수 있다.? 기화된 액체시료의 부피가 실제로는 더 큰 값인데, 더 작게 측정됐을 수 있다.물을 꽉 채운 플라스크를 눈금실린더에 옮기는 과정에서 물을 흘렸을 수도 있고, 눈금실린더의 눈금 자체를 잘못 읽었을 가능성도 존재한다.? 기화된 액체시료의 무게가 실제로는 더 작은 값인데, 더 크게 측정됐을 수 있다.실험 후 응축된 시료가 담겨있는 플라스크와 알루미늄 뚜껑의 무게를 다시 잴 때, 플라스크 겉면에 물기가 완전히 제거되지 않아 물방울 무게와 함께 측정되어 w값이 크게 나왔을 가능성이 존재한다.③ 기화된 액체시료의 온도가%B8%B0%EC%B2%B4_%EC%83%81%EC%88%98“이상기체 법칙.” 위키백과. 2021년 5월 30일 수정, 2021년 10월 5일 접속, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B4%EC%83%81%EA%B8%B0%EC%B2%B4_%EB%B2%95%EC%B9%99“이상기체.” 사이언스올. 2010년 8월 20일 수정, 2021년 10월 5일 접속, https://www.scienceall.com/%ec%9d%b4%ec%83%81%ea%b8%b0%ec%b2%b4ideal-gas/?term_slug=&sa_term=scidictionary“알코올.” 위키백과. 2021년 7월 12일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%8C%EC%BD%94%EC%98%AC“시료.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%8b%9c%eb%a3%8csample/?term_slug=&sa_term=scidictionary“삼각 플라스크.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://www.scienceall.com/%EC%82%BC%EA%B0%81-%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%ED%81%ACerlenmeyer-flask/“눈금실린더.” 사이언스올. 2017년 2월 1일 수정, 2021년 10월 4일 접속, https://www.scienceall.com/%eb%88%88%ea%b8%88%ec%8b%a4%eb%a6%b0%eb%8d%94-measuring-cylinder/?term_slug=“피펫.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://www.scienceall.com/%ed%94%bc%ed%8e%abpipette/?term_slug=“바늘.” 사이언스올. 2012년 12월 1ug=“항온수조.” 식품과학기술대사전. 2008년 4월 10일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1606635&cid=50321&categoryId=50321“휴지.” 위키백과. 2021년 7월 4일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9C%B4%EC%A7%80“씻기병.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%94%bb%ea%b8%b0%eb%b3%91washing-bottle/?term_slug=&sa_term=scidictionary“섭씨온도를 절대온도로 변환할 때 유효숫자 처리.” 좋은 습관. 2016년 4월 19일 수정, 2021년 10월 4일 접속, https://ywpop.tistory.com/5116“아이소프로필 알코올.” 위키백과. 2021년 7월 20일 수정. 2021년 10월 12일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%84%EC%9D%B4%EC%86%8C%ED%94%84%EB%A1%9C%ED%95%84_%EC%95%8C%EC%BD%94%EC%98%AC“이상기체.” 위키백과. 2019년 5월 7일 수정, 2021년 10월 4일 접속, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B4%EC%83%81%EA%B8%B0%EC%B2%B4- 기화 ?0.2- 액화 ?0.2- 사용한 기구에 대한 조사 (피펫필러) -0.1- 나머지 두 알코올에 대한 간단한 조사 (각 0.1) -0.29.3/101) 한정태 외, 일반화학실험, 명진, 2008, p.492) 한정태 외, 같은 글.3) “기체상수. ” 사이언스올. 2010년 8월 7일 수정, 2021년 10월 5일 접속, https://www.scienceall.com/%EA%B8%B0%EC%B2%B4-%EC%83%81%ECnary
용해도곱 상수 - 실험 보고서1. 실험 목적Ca(OH) _{2~}로 포화된 용액에OH ^{-}을 넣어 주면 공통 이온 효과에 따라Ca ^{2+}의 농도가 감소된다. 이 원리를 이용하여Ca(OH) _{2~}의 용해도곱 상수를 결정하는 방법을 실험한다.2. 이론약전해질의 이온화 평형도 화학 평형에서와 같이 외부 조건에 따라 평형이 이동한다. 고체 수산화칼슘 수용액이 다음과 같이 이온화 평형을 이룰 때Ca(OH) _{2} ` REL EXARROW {} {} `Ca ^{2+} (aq)`+`2OH ^{-} (aq)여기서 평형 상수K`=` {[Ca ^{2+} ][OH ^{-} ] ^{2}} over {[Ca(OH) _{2} ]}그런데 일정한 온도에서 이 수용액에 있는 수산화칼슘의 농도는 일정하므로 다음과 같은 새로운 상수를 정의할 수 있다.K _{sp} `=`K`[Ca(OH) _{2} ]`=`[Ca ^{2+} ][OH ^{-} ] ^{2}여기서K _{w}를 용해도곱 상수라고 한다.이제, 수산화칼슘으로 포화된 용액에OH ^{-}를 가하면 르 샤틀리에의 원리에 따라OH ^{-}의 농도가 감소하는 쪽으로 반응이 진행되어 용해도곱은 일정하게 유지되고, 수산화칼슘은 일부 침전된다.이와 같이, 같은 종류의 이온을 가하면 용액의 이온화 평형은 가해진 이온의 농도가 감소하는 방향으로 이동하여 새로운 평형 상태가 되는데, 이를 공통 이온 효과라고 하고, 이 원리를 이용함으로써 수산화칼슘의 용해도 및 용해도곱 상수를 구할 수 있다.본 실험에서는 물 및 이미 그 농도를 알고있는 여러가지 NaOH 수용액에 고체 수산화칼슘을 넣어 포화시킨 다음, 이들 용액에 함유된OH ^{-}의 농도를 염산 표준 용액으로 적정함으로써 결정한다. 이 농도와 초기(수산화칼슘을 포화시키기 전의) 농도와의 차이가Ca(OH) _{2}의 용해에 의한OH ^{-}의 농도이다. 이것으로부터Ca ^{2+}의 농도,Ca(OH) _{2}의 용해도 및K _{w}를 구할 수 있다.+이론에 대한 추가 조사Q. 적정이란?A. 적정은 정는 지점을 종말점이라고 한다.당량점은 중화반응을 포함한 모든 적정에서 적정당하는 물질과 적정하는 물질 사이에 양적인 관계를 이론적으로 계산해서 구한 점을 말한다.Q. 용해도란?A. ?용질이 포화 용액이 될 때까지 녹아 들어간 용질의 양을 용해도라고 말한다. 용해도는 용매와 용질의 종류에 따라 다르다. 그리고 온도에 따라서도 달라진다. 용질이 고체인 경우 포화용액에서 용매 100g에 녹아 있는 용질의 g수를 의미한다. 기체인 경우에는 일반적으로 물 1mL에 녹는 기체의 부피나 물 100g에 녹는 기체의 질량으로 나타낸다.Q. 난용성이란?A. 어떤 물질이 용매에 용해되지 않는 성질이며 즉, 물이나 다른 액체에 녹지 않는 성질을 말한다. 다른 물질과 쉽게 섞인 다는 뜻의 가용성과는 반대의 의미를 가지고 있다. 기름 성분과 잘 섞인다는 지용성, 물 성분과 잘 섞이는 수용성, 물 성분과 잘 섞이지 않는 소수성 등은 위의 불용성과 가용성과 함께 구별되기도 한다. 대표적인 난용성염에는 앙금 생성반응으로 생성된 앙금 AgCl, BaCl, CaCO3?등이 있으며 이들 앙금중 특정 색상을 나타내는 앙금 또한 존재한다.Q. 용해도 곱 상수란?A. 포화용액에서 염을 구성하는 양이온과 음이온 농도를 곱한 값을 말한다. 보통 Ksp로 표시한다. 이온평형에 대해 질량 작용의 법칙이 적용된다고 할 때 일정한 온도에서 포화용액의 농도 및 전리정수는 일정하다고 할 수 있으므로 용해도 곱은 일정온도에서 일정한 값을 가진다.*평형상수란?화학반응이 평형에 이르렀을 때, 원계와 생성계와의 양적 관계를 나타내는 상수이다. 질량작용의 법칙이 적용되어, 각각의 농도(활동도)의 나누기와 곱은 K와 같다는 식이 성립하며, K는 온도만 일정하면 농도의 영향을 받지 않는 일정값이 된다. 이 K를 평형상수라고 한다.*질량작용의 법칙이란?화학반응에 관여하는 물질의 질량(농도)이 그 평형에 어떻게 작용하는가를 나타내는 법칙이다. 예컨대 균일계의 다음 가역 반응이 평형에 달했을 때, 이것들의 농도([ ]로 나타낸다) 않는다.이온화 평형이란 전해질 용액에서 이온화하여 생긴 이온과 이온화되지 않은 분자 사이에 성립하는 평형 상태를 의미한다. 전리평형이라고도 한다. 원자나 이온이 에너지에 의해 전리를 하게 되는데 이 성질과 자유전자가 이온이 충돌하여 재결합하려고 하는 성질이 평형을 이루고 있는 것을 뜻한다.3. 실험 시약 및 기구시약: NaOH(실험 5 ‘반응열 측정과 Hess의 법칙‘에서 조사했다.), 0.1N HCl 표준용액(실험 5 ‘반응열 측정과 Hess의 법칙‘에서 조사했다.), 페놀프탈레인(실험 7 ‘산,염기의 적정(산, 염기의 성질)’에서 조사했다.)Ca(OH) _{2}고체*Ca(OH) _{2} (수산화 칼슘)소석회라고도 불리며, 분자식Ca(OH) _{2}.이다. 산화칼슘에 물을 작용시키는 조작을 소화라고 하며 이렇게 소화하거나 칼슘염 수용액에 수산화알칼리를 가하면 얻는다. 보통은 물을 함유하는 무색 분말이지만 수용액에서는 6방결정계 널빤지모양 결정으로 얻는다. 비중 2.24, 물에 녹기 어렵고, 용해도 0.126g/100g(20℃). 온도가 높으면 더 작아진다. 염화암모늄 수용액에 녹고 알코올에 녹지 않으며, 수용액은 알칼리성이 세지만 수산화알칼리보다는 약하다.기구: 눈금실린더(실험 3 ‘기체 상수의 결정‘에서 조사했다.), 부피플라스크(실험 7 ‘산,염기의 적정(산, 염기의 성질)’에서 조사했다.), 부피플라스크 마개(실험 7 ‘산,염기의 적정(산, 염기의 성질)’에서 조사했다.) 비커(실험 3 ‘기체 상수의 결정‘에서 조사했다), 유리막대(유리로 만든 막대로, 물리나 화학의 실험 기구로서 주로 액체를 저어 혼합할 때 많이 사용된다.), 약수저(실험 3 ‘기체 상수의 결정‘에서 조사했다), 삼각 플라스크(실험 5 ‘반응열 측정과 Hess의 법칙‘에서 조사했다.). 뷰흐너 깔때기(실험 1 ‘바륨의 원자량 측정’에서 조사했다.), 고무 튜브(실험 3 ‘기체 상수의 결정’에서 조사했다.), 거름종이(실험 3 ‘기체 상수의 결정‘에서 조사했다), 아스피레이터(실험 1 _{2}의 용해도의 2배) + (NaOH의 몰농도):{0.00107mol} over {0.020L} `=0.0535M`=`x`+`0.025M (Ca(OH) _{2}의 용해도를x라 할 때)THEREFORE x=0.0285M(Ca(OH) _{2}의 용해도) = (Ca ^{+}의 몰농도)THEREFORE K _{sp} `=`[Ca ^{+} ][OH ^{-} ] ^{2} `=`0.01425` TIMES 0.0535 ^{2} =4.0787 CDOTS TIMES 10 ^{-5}3.?0.05M NaOH에서의 용해도곱 상수OH ^{-`} +`H ^{+} -> H _{2} O적정에 소비된 0.1M HCl의 부피: 13.8mL = 0.0138L적정에 쓰인H ^{+}의 몰수:`0.1M` TIMES 0.0138L`=`0.00138mol THEREFORE 적정에 쓰인OH ^{-}의 몰수 : 0.00138mol(전체OH ^{-}의 몰농도) = (Ca(OH) _{2}의 용해도의 2배) + (NaOH의 몰농도):{0.00138mol} over {0.020L} `=0.069M`=`x`+`0.05M (Ca(OH) _{2}의 용해도를x라 할 때)THEREFORE x=0.019M(Ca(OH) _{2}의 용해도) = (Ca ^{+}의 몰농도)THEREFORE K _{sp} `=`[Ca ^{+} ][OH ^{-} ] ^{2} `=`0.0095` TIMES 0.069 ^{2} =4.5229 CDOTS TIMES 10 ^{-5}?4.?0.1M NaOH에서의 용해도곱 상수OH ^{-`} +`H ^{+} -> H _{2} O적정에 소비된 0.1M HCl의 부피: 20.7mL = 0.0207L적정에 쓰인H ^{+}의 몰수:`0.1M` TIMES 0.0207L`=`0.00207mol THEREFORE 적정에 쓰인OH ^{-}의 몰수 : 0.00207mol(전체OH ^{-}의 몰농도) = (Ca(OH) _{2}의 용해도의 2배) + (NaOH의 몰농도):{0.00207mol} over {0.020L} `=0.다.③각 4개의 비커에 수산화칼슘을 과포화 시키는 과정에서 문제가 일어났을 수 있다. 수산화칼슘을 많이 넣어서 완전히 포화시켜야하는데 그렇지 못했을 수도 있으며, 오히려 수산화칼슘을 너무 많이 넣어서 거름종이로 여과시키는 과정에서 깨끗하게 여과되지 않아 실험 오차의 원인이 됐을 수도 있다.5. 참고문헌한정태 외, 일반화학실험, 명진, 2008, p.43“적정.” 위키백과. 2020년 8월 19일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%81%EC%A0%95_(%EA%B3%BC%ED%95%99)“몰농도.” 위키백과. 2020년 4월 28일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AA%B0_%EB%86%8D%EB%8F%84“당량.” 사이언스올. 2010년 8월 9일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://www.scienceall.com/%EB%8B%B9%EB%9F%89equivalent/“표준 용액.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://www.scienceall.com/%ED%91%9C%EC%A4%80-%EC%9A%A9%EC%95%A1standard-solution/“지시약.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://www.scienceall.com/%ec%a7%80%ec%8b%9c%ec%95%bdindicator/?term_slug=&sa_term=scidictionary“염.” 위키백과. 2021년 3월 15일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%BC“종말점.” 사이언스올. 2015년 9월 9일 수정. 2021년 11월 2일 접속. https://www.scienceall.com/%EC%A2%85%EB%A7%90%EC%A0%90end-point/“용해도.” 사이언
바륨의 원자량 측정 - 실험 보고서1. 실험 목적이번 실험에서는 T. W. Richards가 확립한 AgCl 침전법을 통해 Ba의 원자 질량을 결정한다.이는 Marie Curie와 Pierre Curie 부부가 radium의 원자량을 결정했던 것과 동일한 방법이며, 이 실험을 함으로써 Ba을 포함한 ‘원소 자체’의 원자량을 결정하는 방법으로써 이 실험을 더욱 포괄적으로 인지하고 체화해 보고자 한다.2. 이론(1) 무게분석무게 분석에서는 분석물질의 침전 반응(precipitation reaction)에 의해 생성된 생성물의 질량으로부터 원래 분석물질의 양을 계산하는 데 이용한다. 20세기 초 T. W. Richards와 그의 공동연구자들은 무게분석을 통해 Ag, Cl, N의 원자량을 여섯 자리 수까지 정확히 측정하였으며 그 공로로 1914년 노벨 화학상을 수상하였다. 무게 분석은 너무나 번거로우므로 최근에는 널리 사용되지 않고 대체해서 사용할 수 있는 분석 방법이 많이 개발되어 있으나 아직도 가장 정확한 분석 방법 중 하나이다.(2) AgCl 침전법에 의한 Ba의 원자량 결정이번 실험에서 사용하는 precipitation reaction은 다음과 같다.Ag+ + Cl? → AgCl (s)Cl?를 함유한 용액에 Ag+를 가하면 위와 같이 AgCl (s)로 침전되므로 침전물의 무게를 측정함으로써 Cl?를 정량할 수 있으며 이는 무게 분석의 좋은 예 중 하나이다.미세한 가루로 된 AgCl은 다음과 같은 광분해(photodecomposition)를 한다.2 AgCl (s) 2 Ag (s) + Cl2 (g)이 때 생성된 Ag는 침전물이 보라색으로 보이게 하는 원인이 되며 이론적으로 이 반응은 Cl의 손실을 가져와서 오차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 이러한 효과는 햇빛에 직접 장시간 노출시키는 경우 크게 나타나므로 이번 실험에서는 이러한 가능성을 무시하도록 한다.참고) 왜 AgNO3을 천천히 가하며 왜 HNO3을 사용하는가?이상적인 생성물의 조건gravimetric analysis에서 이상적인 product는 첫째 잘 녹지 않고, 둘째 쉽게 거를 수 있으며, 셋째 매우 순수하고, 넷째 화학적 조성이 잘 알려져 있어야 한다. AgCl은 첫째, 셋째, 넷째 조건은 잘 만족시키므로 둘째 쉽게 거를 수 있는 형태의 침전물이 생성되도록 주의를 기울여야 한다. AgCl입자가 너무 작게 형성된다면 이들 입자는 filter의 구멍을 통과해서 빠져나가거나 filter의 구멍을 막을 수 있기 때문에 입자의 크기는 충분히 커야 한다.결정화(crystallization)의 단계침전 조건은 생성되는 입자의 크기에 큰 영향을 준다. 결정이 생성되는 과정은 핵생성(nucleation)과 입자 성장(particle growth)의 두 단계로 이루어진다. 핵생성 과정에서 용질은 충분한 크기의 불규칙한 응집체를 형성한 후 더 큰 입자로 성장할 수 있는 규칙적인 구조로 재배열 된다. 입자성장단계에서 분자나 ion은 핵 위에 응축되어 더 큰 결정을 만든다. 이러한 핵생성과 입자성장이 일어나기 위해서 용액은 과포화 되어 있어야 하는데 매우 과포화된 용액에서는 핵생성이 입자 성장보다 더 빠르게 진행되어 대단히 작은 입자 또는 콜로이드를 생성시키며 이는 우리가 원하지 않는 상황이다. 반면 덜 과포화된 용액에서는 핵생성이 천천히 일어나므로 더 큰 입자로 성장하는 기회를 가지므로 우리에게는 덜 과포화된 조건이 이상적이다. BaCl2용액에 AgNO3용액을 가할 때 국소적으로 Ag+의 농도가 높아져서 과포화도가 높아지는 것을 방지하기 위해 AgNO3용액을 서서히 가하면서 잘 저어주어야 한다.전해질(electrolyte)의 역할생성된 콜로이드입자가 침전되기 위해서는 이들이 서로 응집하여서 더욱 큰 입자를 형성해야 한다. 이들이 응집하기 위해서는 서로 충돌을 해야 하는데 동일한 표면의 전하를 띠는 콜로이드 입자들이 정전기적 반발력을 극복하고 충돌하기 위해서는 큰 운동에너지를 가져야 하며 또한 전해질 농도가 높아야 한다. 이러한 효과를 위해 이번 실험에서는 HNO3을 가해주어 전해질 농도를 높인다.풀림(peptization)의 방지침전물을 거른 다음 침전물에 남아 있는, 불순물이 포함된 액체를 헹구어 준다. 이 때 증류수를 사용하면 전해질의 농도가 낮아져서 입자들이 반발하여 다시 작은 입자로 깨져버릴 수 있으며 이를 풀림이라 한다. 이번 실험에서 침전물에 남아 있는 액체를 씻어낼 때는 질산이 함유된 물을 사용하는데 이는 씻는 용액 내의 전해질 농도를 유지시킴으로써 풀림을 막기 위함이다. 질산은 침전물을 건조할 때 분해되어 휘발되므로 쉽게 제거할 수 있다.3. 실험 시약 및 기구건조된 BaCl2, 0.2M AgNO3 용액, 6M HNO3 용액, wash 용액(증류수에 미량의 6M HNO3 용액이 함유), AgCl 침전물(생성물),Ba(NO_3 )_2수용액(생성물), 거름종이, 유리막대, 100ml 비커, 뷰흐너 깔때기(여과시 사용하는 실험실 장비의 한 부분, 주로 감압 플라스크와 함께 사용하며 여과시 거름종이를 잘라 구멍이 뚫려있는 깔때기 여과면에 밀착), 아스피레이터(진공 펌프의 일종으로, 벤츄리 효과를 활용해서 진공을 만들어 내는 도구), 시계접시(화학실험에 사용되는 유리로 된 오목한 접시 모양의 기구, 비커의 뚜껑으로 사용하기도 하고 오목한 부분에 액체를 담아 증발시킬 때나 시계접시 배양을 할 때도 사용), 오븐, 저울4. 실험 방법110℃ 오븐에서 30분 이상 건조된 거름종이를 꺼내서 저울로 무게를 쟀다. 그리고 125도 오븐에서 12시간 동안 건조된 BaCl2를 약 120mg 정확히 취하여 무게를 잰 다음 100ml 비커에 담고 증류수 10ml와 6M HNO3 용액 4방울을 넣고 녹였다. 그 후 0.2M AgNO3용액 10 mL를 천천히 BaCl2 용액이 들어있는 비커에 가해주면서 10분간 유리막대로 잘 저어주었다. AgCl 침전물이 생성된 후, 그것이 들어있는 용액을 뷰흐너 깔때기에 천천히 부어주면서 최대한 침전물이 깔때기 벽에 묻지 않도록 주의하고 남아있는 침전물은 wash용액을 이용해 최대한 깔때기로 옮겼다(이때 거름종이는 뷰흐너 깔때기와 밀착된 상태였다. 거름종이에 wash 용액을 적시고 아스피레이터를 작동시킴으로써 거름종이와 뷰흐너 깔때기를 미리 밀착시켜 두었다.) 침전물이 깔때기 벽에 묻거나 유실되지 않도록 주의하며 wash 용액 50ml 정도로 침전물을 씻어낸 후, 아스피레이터를 제거하고 깔때기와 붙어있던 거름종이를 떼어내서 시계접시 위에 올려두었다. 이 거름종이를 110도 오븐에서 30분정도 건조시킨 후, 상온에서 충분히 식히고 저울을 통해 거름종이의 무게를 측정했다.*모든 무게는 0.0001g 단위까지 쟀다.5. 실험 결과BaCl2의 질량 : 0.1201g거름종이의 질량 : 0.4745g거름종이와 침전물의 질량 : 0.6371gBaCl _{2`} `+`2Ag(NO _{3} ) _{`} ` rarrow `2AgCl`+`Ba(NO _{3} ) _{2}질량(g) = 몰수(mol) x 몰 질량(g/mol)생성된 AgCl의 질량:0.6371g?0.4745g=0.1626g,, ∴0.1626g생성된 AgCl의 질량으로부터 AgCl의 몰수:0.1626g DIVIDE 143.32g/mol=0.001135mol, ∴0.001135mol사용한 BaCl2의 몰수:0.001135mol DIVIDE 2=0.0005675mol, ∴0.0005675molBaCl2의 몰질량(분자량):0.1201g DIVIDE 0.0005675mol=211.6g/mol, ∴211.6g/molBa의 원자량:211.6g/mol-70.906g/mol=140.7g/mol, ∴140.7g/mol6. 고찰실험을 통해서 얻은 Ba의 원자량은 140.7g/mol이었으나, 주기율표에 나와있는 실제 Ba의 원자량은 137.327g/mol이었다. 실험을 통해 얻은 Ba의 원자량이 대략 3.4g/mol 더 무겁게 측정되어, 오차율은{LEFT | 137.327g/mol`-`140.8g/mol RIGHT |} over {137.327g/mol} TIMES 100%=2.5%로 도출됐다.BaCl _{2`} `+`2Ag(NO _{3} ) _{`} ` rarrow `2AgCl`+`Ba(NO _{3} ) _{2}질량(g) = 몰수(mol) x 몰 질량(g/mol)이번 실험에서는 화학반응식과 몰수·질량·몰질량의 관계식을 통해 Ba의 원자량을 도출해낸 것이기 때문에, 오차의 원인 또한 위의 관계식을 통해 고찰해볼 수 있다.실험에서 Ba의 원자량이 실제 원자량보다 더 무겁게 도출된 이유는 BaCl2의 몰질량이 대략 3.5g/mol정도 무겁게 측정되었기 때문이다. 그리고 위의 몰수·질량·몰질량의 관계식에서 생각해봤을 때, BaCl2의 몰질량이 더 무겁게 도출된 이유로는? BaCl2의 몰수가 더 적게 도출되었기 때문에(=생성된 AgCl의 질량이 실제보다 적게 측정되었기 때문에)? BaCl2의 질량이 더 크게 측정되었기 때문에이렇게 2가지 요인으로 생각해볼 수 있다.우선 ?의 경우, AgCl의 질량이 실제보다 적게 측정될 가능성으로는 여러 가지 경우를 들 수 있다. 일단 뷰흐너 깔때기에 AgCl이 들어있는 용액을 부었을 때, 침전물이 비커에 달라붙거나 깔때기 벽면에 들러붙어 완전히 옮겨지지 않았을 가능성이 존재한다. 또한 실험을 통해서는 AgCl 침전물을 100%의 수득률로 얻어 낼 수는 없다는 사실이 영향을 미쳤을 가능성도 존재한다. 거의 모든 화학반응이 가역반응이므로 정반응이 일어나는 동시에 역반응도 일어날 수 있기 때문에, 수득률 100%의 결과는 결코 나오지 못해서 이론적으로 예상한 값보다 적은 양의 AgCl 침전물을 얻어낼 수도 있기 때문이다.