1.Introduction1.1 이론적 배경1.1.1. 촉매의 역할촉매는 자신은 반응에 직접 참여하지 않으면서 반응을 빠르게 하거나 느리게 하는 물질이다. 반응의 activation energy를 낮춤으로써 반응속도를 빠르게 한다. 효소(enzyme)은 세포 내에서 생명활동에 필요한 반응을 촉진시키는 촉매로, 대표적인 효소인 catalase는 인체의 조직, 세포를 산화시키는 활성 산소를 분해하는 중요한 역할을 한다. 이 때, 촉매의 반응 속도에 큰 영향을 주는 요소는 기질의 농도이다. 기질의 농도가 진할수록 촉매의 반응은 빠르게 일어나며, 기질의 농도와 효소 반응속도를 기술하는 식이 Michaelis-Menton 식이다.1.1.2. Michaelis-Menton 식Michaelis-Menton 식은 효소 반응의 속도를 다루는 식이다. 이 식은 기질의 농도가 반응의 초기속도 에 미치는 영향을 보여준다.<중 략>본 실험에서는 여러 가지 농도의 과산화수소수를 catalase와 반응시켜 생성되는 산소의 압력을 측정함으로써 초기 반응속도를 측정한다. 초기 반응속도와 기질의 농도를 그래프로 표현하여 상관 관계를 찾음으로써, Michaelis-Menton식을 실험을 통해 확인하고, KM ,Vmax 을 직접 구하여 보았다. 이 과정을 통해 촉매의 역할을 이해하고, 기질의 농도와 반응속도와의 관계를 학습하였다. 또한 실험값과 이론값의 차이를 고찰하는 과정을 통해 이상기체와 실제 기체간의 차이로 인해 발생하는 여러 오차들을 찾을 수 있었다.
1. Abstract이 실험에서는 pH에 따른 지시약의 색변화를 흡광 분석기를 사용하여 측정한다. HInd와 Ind-에 대해 최대 흡광도의 파장을 찾고, 이를 통해 Hlnd 형의 색과 Ind- 형의 색의 중간에 해당하는 pH를 추정해보고, Henderson-Hasselbalch 식을 사용하면 지시약의 pKa를 결정할 수 있다. 이를 이론적인 지시약의 pKa와 비교하고 일치하는 것을 확인함으로써 지시약의 pKa, 약산의 해리 과정을 학습한다.또한 다양한 농도의 BPB 용액을 이용하여, 흡광도와 농도에 대한 법칙은 Beer‘s law를 직접 확인하는 실험을 진행한다. 다양한 농도의 BPB 용액의 흡광도를 분석함으로써 흡광도와 용질의 농도가 비례하는 관계임을 확인하고, 흡광분석의 원리를 체험해 본다.2. Introduction지시약은 pH에 따라 분자 구조가 변하는 물질이다. 약산에 해당하는 지시약은 평형 상태에서 일부는 해리되고, 일부는 분자 상태로 존재하여 평행을 이루는데, 이 고유한 이때 해리하는 정도를 평행상수(pKa)로 나타낼 수 있다. 약산 물질 HA에 대해 평형상수(pKa)는 다음과 같이 정의된다.지시약의 pKa보다 낮은 pH에서는 지시약이 균형상태보다 HA형태로 더 많이 존재하고, 더 높은 pH에서는 H+와 A-로 해리된다. 그리고 HA와 A-의 분자 구조 차이로 인해 흡광하는 빛의 파장이 다르기 때문에, pH에 따라 우리 눈에 보이는 색이 다르게 되는 것이다. 대표적으로 이번 실험에서 사용하는 지시약은 BPB 용액과 페놀프탈레인 용액의 분자 구조 변화는 다음과 같다.<중 략>실험1을 통해 pKa를 구한 결과, [HInd]를 기준으로 구한 pKa는 4.120516, [Ind-]를 기준으로 구한 pKa는 4.006035 였다. 또한 문헌을 통해 알려진 값은 4.0이다. 문헌값과 시험을 통해 얻은 값이 거의 차이가 나지 않았다. 비록 오차가 적지만, 오차의 원인으로 지목할 수 있는 것을 두 가지 찾을 수 있었다.
1. Abstract본 실험은 물질의 3가지 소실험으로 이루어져 있다. 첫 번째 실험에서 각 물질의 전기가 통하는 정도인 전기전도도를 관찰하여 원소 간의 결합이 물질의 성질 중 하나인 전기전도도에 어떻게 영향을 미치는지 탐구한다. 두 번째 실험에서 여러 금속과 금속 수용액 간의 반응성을 확인하고, 이것이 알려진 금속의 이온화 경향과 일치하는 지 확인하였다. 이를 통해 금속의 이온화 경향성이 가지는 의미를 학습한다. 세 번째 실험은 구리,아연,납 전극으로 다니엘 전지를 만들고, 금속 수용액의 농도에 따른 기전력의 변화를 확인하여, 네른스트 식(Nernstequation)을 확인하고, 실험값과 계산값의 오차의 원인에 대해 고찰하였다.2. Theory2-1. 이온결합과 공유결합이온결합과 공유결합은 결합하는 원자 간의 전기음성도 차이에 의해 결정된다. 전기음성도란 원자나 분자가 전자를 끌어당기는 능력의 척도이다. 원자간의 전기음성도의 차이가 크면, 전기음성도가 큰 한 원자가 결합한 다른 원자의 전자를 강하게 끌어당겨 음이온과 양이온을 형성하고, 음이온과 양이온의 전기적인 인력으로 이온결합을 형성한다.<중 략>전기음성도 차이가 크게 나는 NaCl은 Cl의 전기음성도가 Na에 비해 훨씬 크므로 전자를 끌어당겨 음이온이 된고, Na는 전자를 잃어 양이온이 되어 이온결합을 형성한다. 이온결합 물질은 수용액 상태에서 음이온과 양이온으로 해리되고, 음이온과 양이온이 carrier 역할을 하며, 전기전도성을 띠게 된다. 반면에 설탕을 구성하는 C,H,O의 경우 전기음성도 차이가 크지 않으므로 공유결합을 형성한다. 공유결합을 형성하는 물질은 수용액 상태에서 이온의 상태로 존재하지 않으며, 자유전자도 존재하지 않기 때문에 carrier의 역할을 하지 못해 전기전도성을 가지지 못한다.이로 인해, 설탕물은 설탕을 첨가하기 전인 증류수 상태와 설탕물이 비슷한 전기전도도를 가진다.
1. Introduction1.1. 실험의 목표화학의 발달로 합성 염료를 대량 생산할 수 있지만, 19세기 중엽까지만 하도라도 염료는 식물,동물을 비롯한 천연 원료에서만 얻을 수 있었다. 하지만 이러한 염료를 사용할 경우 색이 선명하지 않고, 쉽게 탈색되어 이를 방지하기 위해 매염제를 사용하였다. 매염 단계에서 섬유에 금속 매염액을 처리해주고 염색을 하면 금속 이온들이 섬유, 염료를 강하게 결합하여 색을 유지시켜 준다.천연 재료로부터 색소를 얻어내기 위해 추출의 과정을 거친다. 색소에 따라 어떤 용매를 사용하여 추출할 수 있는 지를 확인한다. 매염을 하였을 때와 하지 않았을 경우를 비교함으로써 매염의 효과를 직접 확인한다. 이를 통해 염료가 색을 내는 방법과 색을 오래 유지시키는 원리를 학습한다.1.2. 배경 이론염료(dye)의 색은 분자의 에너지준위와 관련이 깊다. 우리가 보는 색은 물체에 반사된 색을 감지하는 것으로, 분자가 빛을 흡수, 방출할 때 색을 인식할 수 있다. 흔하게 접하는 꽃이나 잉크, 염료는 특정 파장영역의 빛을 흡수하여 전자의 에너지 준위가 높아지고, 이로 인해 색을 띄게 되는 것이다. 이 때, 들뜬 상태의 전자가 가지는 가장 작은 에너지 준위를 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital)라고 하고, 기저 상태의 전자가 가지는 가장 높은 에너지 준위를 HOMO(Highest occupied molecular orbital)이라고 하며, LUMO와 HOMO의 에너지 준위 차이가 가시광선 영역 대에 속하는 지에 따라 사람 눈에 보이는 색의 유무가 결정된다.<중 략>매염제(mordant)란, 결합성이 약한 섬유와 염료를 결합시키는 역할을 하는 물질이다. 일반적으로 천염염료는 섬유와 염착력이 부족하여 매염제를 이용한다. 매염제는 금속과 산으로 된 금속염의 형태이다. 색소와 매염제가 만나면 매염제의 금속이 색소와 결합하여 불용성의 화합물을 이루어 섬유의 표면에 부착된다. 이러한 매염제는 섬유를 염료에 붙이는 흡착, 섬유에 붙은 염료가 떨어지지 않게 하는 고착, 색이 나게 하는 발색의 과정을 도와준다. 이번 실험에서 쓰인 매염제는 백반과 녹반이다.
1. Abstract아스피린(aspirin)은 아세틸살리실산(acetylsalicylic acid)라는 화합물이다. 방향족 벤젠분자에 카복실기(-C(=O)OH)와 에스터기(-C(=O)OR)가 결합한 유기화합물이다. 아스피린은 살리실산(salicylic acid)과 무수아세트산(Acetic anhydride)을 산을 촉매로 고온에서 반응시켜 에스터화 반응(esterification)을 일으킴으로써 얻어진다. 에스터화 반응을 통해 살리실산은 알코올기(-OH)를 앓고, 무수아세트산의 에스터기를 얻음으로써 아세틸살리실산이 되고, 무수아세트산은 아세트산이 된다. 이 반응은 산성 촉매 하에서 반응이 매우 빠르게 이루어져 유기합성을 체험하기 위한 일반화학 실험으로 자주 이용된다.이 실험에서 만들어진 아스피린은 불순물을 많이 포함하기 때문에, 재결정의 방법을 통해 정제해야 한다. 재결정 과정을 통해 의약품의 순도의 의미를 이해하도록 한다.<중 략>procedure 1의 2번에서 이론적으로 생성되는 아스피린의 양을 구했다.(살리실산 2.5g으로 생성되는 아스피린의 이론적양을 구하였다.) 그 질량은 3.2609g이다. 또한 1번 실험을 통해 얻은 아스피린의 양은 2.9g이고, 1번 실험의 결과물 1g당 0.75g을 정제의 결과로 얻었으므로, 정제 후에 얻게 되는 아스피린의 총량은 2.9*0.75 = 2.175g이다.총 수득율을 ‘얻은 아스피린의 질량’/‘이론적으로 얻게되는 아스피린의 질량’으로 계산되므로 2.175/3.2609=66.699%이다.