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화학해양학 및 실험 _ 미세플라스틱 연구

화학 해양학 및 실험 과제물 제출주제: 미세플라스틱/플라스틱 동영상 시청 에세이 및 연구계획서 작성학번:성명:2주차 에세이 ------------------------------------------------- p23주차 에세이 ------------------------------------------------- p34주차 에세이 ------------------------------------------------- p45주차 에세이 ------------------------------------------------- p56주차 에세이 ------------------------------------------------- p67주차 에세이 ------------------------------------------------- p79주차 에세이 ------------------------------------------------- p810주차 에세이 ------------------------------------------------ p911주차 에세이 ------------------------------------------------ p1012주차 에세이 ------------------------------------------------ p1113주차 에세이 ------------------------------------------------ p12.연구계획서 --------------------------------------------------- p13Part I – 플라스틱/미세플라스틱 동영상 자료 시청 에세이2주차: 플라스틱지구 1편‘20세기 인류 최고의 발명품’이라 불리던 플라스틱이 최근에 들어서는 자연과 생물의 건강을 위협하는 존재로 다시 정의되고 있다. 우리 생활에서 플라스틱은 거의 모든 것을 이루고 있다. 지금 내 앞에 있는 컴퓨터, 키보드, 마우스, 프린터기, 연필, 서랍, 텀블러도 모두 플라스틱으로 이루어져 있다. 하는 모습과 피를 흘리는 모습에 마음이 아팠었다. 그 당시에는 사람에게는 그렇게 직접적으로 피해주지는 않을 것이라 안일하게 생각했었고 단순히 동정심과 안타까움 그리고 약간의 죄책감을 느꼈을 뿐 위협을 느끼지는 않았다. 그 이후 시간이 지나면서 플라스틱 규제를 위한 변화들이 조금씩 일어나고 또 미세플라스틱에 대해서 알게 되면서, 그 영향과 존재가 위협적으로 느껴지기 시작했다. 바다 소금의 90%에서 미세플라스틱이 검출되었다는 것, 그리고 이미 알고 있듯이 해산물에서도 이미 존재하는 것, 심지어는 생수에서도 검출되었다는 사실이 더 이상 우리와는 관계없는 일이 아님을 깨닫게 해주었다. 플라스틱은 화석연료에서 추출한 물질들을 인위적으로 합성하여 만든 고분자물질로써 정의될 수 있다. 플라스틱으로 만들어진 제품들이 버려진 후 쪼개져서 만들어지거나 아니면 처음부터 특정한 목적을 가지고 작게 만들어진 것들이 5mm 미만의 작은 플라스틱이거나 혹은 그보다 작은 크기로 만들어지게 되면 미세플라스틱으로 다시 이름이 붙여진다. 이들은 이론과는 달리 자연환경에서는 햇빛에 의해서 광화학적 반응과 물리적 충돌에 의해서 더 빨리 분해된다. 더 작게 쪼개질수록 그 수는 늘어나고 또 그와 동시에 해양생물들이 그것들을 섭취할 위험이 더욱 커지게 된다. 그 해양생물을 또 우리가 먹음으로써 우리도 자연히 미세플라스틱을 먹게 될 수 밖에 없다. 이러한 불편한 사실보다 더욱 충격적이었던 것은 호흡으로도 미세플라스틱을 섭취할 수도 있다는 것이었다. 합성 섬유에서 분리되거나 플라스틱 쓰레기를 연소하는 과정에서 발생하는 미세플라스틱이 대기 중에 존재하는데 걸러낼 수도 없이 고스란히 받아들여야 한다. 이러한 문제를 없애기 위해서 원인을 찾고 그 대책을 마련하려는 노력들이 이미 있었다. 해양 수산부에서는 발포스티렌 부자를 규제하는 정책을 만들어 친환경 부자를 사용하도록 지원하고 있었다. 하지만 결국에는 가장 이상적인 것은 플라스틱 소재로 만들어진 것들이 회수와 재활용이 얼마나 잘 이루어질 수 있도록 할 수 채취한다. 이들 샘플들 중에서 플라스틱 입자들만이 걸러지는 과정을 거치고 식별하고 분류된다. 이들은 다시 화학 분석 기기를 사용해 분석된다. 표층수들은 앞서 말한 것 처럼 20 크기에 걸러지는 것들을 분리해내는 필터링 방법을 사용하고 퇴적물과 우수 샘플들은 밀도 분리 방법을 사용한다. 떠오르는 파편들의 크기를 체에 걸러 350 , 125 별로 분리한 다음 그보다 작은 것들은 필터링을 한다. 생선이나 WWTP 샘플들은 20%의 KOH에 담가두었다가 45로 샘플을 둔 다음에 체에 걸러낸다. 10% alcojet로 세척한 다음 체에 걸러 다시 분리하는 과정을 거친다. 또 subsampling 과정을 거쳐 다시 분리해낸다. 장비를 사용해 파편의 형태를 보고 각기 적합한 방법을 적용하여 분석한다. 분석 결과에 따르면 채집된 샘플 중에서 플라스틱이 58% 이었고 인간으로부터 발생된 것이나 무엇인지는 명확하지 않은 것이 31%, 자연 발생의 것들이 그 나머지들을 차지하였다. 대부분이 인간으로부터 유래된 것들이었으며 최근에 들어서 만들어진 것들이 많았다. 연구를 할 때 QA/QC 섹션을 포함하고 사용된 방법과 사용된 화학물질들의 ID, 파편의 크기와 색, 모양과 형태 등을 기록하라고 조언한다. 2시간에 달하는 이 영상을 보면서 미세플라스틱 연구가 어떻게 이루어지고 그 분류와 분석과정이 얼마나 복잡하고 어려운 일인지를 알게 되었다. 또 연구를 할 때 기록 해야 할 것들을 계속해서 강조하면서 어떤 것이 중요한지를 반복해서 보여주었다. 샘플을 수집할 때 쓰이는 장비들을 여러 개 더 알게 되었고 샘플의 특성에 따라 샘플링 방법이 달라지고 플라스틱의 종류에 따라 그 분류, 분석 방법이 다름을 알게 되었다.7주차첫 번째 동영상에서는 해안가에서 발견되는 미세플라스틱과 플라스틱을 줄이기 위한 노력을 하고 있는 기업에 대해서 다루었다. 입욕제와 향수로 유명한 러쉬는 ‘플라스틱 프리’를 외치며 플라스틱으로 만들어진 포장재와 용기를 쓰지 않는다. 러쉬 제품을 사용하면서 포장재가 특이하다는 인다. 이런 미세플라스틱이 문제가 되는 이유는 물 자체를 오염시키면서 생태계 전체를 위협하기 때문이다. 대서양만해도 3500만명의 사람들이 식수로 의존하고 있으며 3500 종의 동식물들과 170종의 어류가 서식하고, 이를 이용한 어업과 관광 산업을 이어나갈 수 있다. 이러한 대서양에서 조사를 한 결과 엄청난 숫자의 파편들이 발견되었고 이들 중 1mm 미만의 크기를 차지하는 것들이 전체의 81%를 기록할 정도로 아주 많았다. Lake Michigan은 주요 생활수의 공급원이면서 1000만명의 분량의 식수를 공급한다. 이곳에서도 fragment, pellet, fiber, film, foam 등 많은 종류의 플라스틱들이 발견되었고 그 중에서 fragment가 79%로 가장 많은 비율을 차지하였다. 이전 연구와 비교해 보았을 때 2012년 보다 2013년에서 그 구성이 pellet에서 line이 더 많이 존재하는 것으로 바뀐 것이 확인되기도 하였다. 해수 뿐만 아니라 미세플라스틱은 생선과 수생 곤충들에서도 발견되었으며 fiber이 유기체에서 가장 많이 나타나는 것으로 보였다. 다른 환경의 생물들에 비해서 미세플라스틱에 노출된 종들이 다양성과 풍부도 측면에서 감소된 것을 보이기도 하였다. 하수 처리시설(WWTP)은 해안과 연결되어 미세플라스틱이 유입되는 원천인데 그 공정 과정에서 미세플라스틱의 집중도가 크게 나타났다. 상류에서는 fiber이 가장 많은 비율을 차지했고 하류에서는 pellets가 가장 많은 비율을 차지했다. 이렇게 많이 오염되어있는 사실을 모르는 사람들이 많고 또 그에 대한 대책이 아직까지는 활발하게 적용되지는 않고 있다. 그래서 플라스틱 오염을 줄이기 위해서 우선은 플라스틱 사용량을 줄이고 환경 정화를 돕고 서로에게 알리면서 대안을 찾고, 지속 가능한 방법들을 모색해야 한다. 미세플라스틱이 무엇인지 조차도 인식하고 있지 못한 사람들이 많고 또 그 심각성을 깨닫지 못한 경우가 많아서 지금 환경 대책들이 효과를 발하고 있지 못하는 것 같다. 좀 더 적극적인 원인이 되는 옷을 만드는 기업에서는 그 소재에 대한 연구를 하여 섬유 조각을 발생시키지 않는 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 하수 처리 시설에서 크기가 작은 미세 섬유를 걸러낼 수 있는 방안을 적용하여 그 수를 줄이도록 노력해야 한다.13주차미세플라스틱은 우리가 쓰는 플라스틱 용품들이 해양으로 유입되어 잘게 부서져 만들어진다. 그 유입 경로는 다음과 같다. 먼저 플라스틱 쓰레기를 처리하는 과정에서 미흡한 태도와 재활용 처리 과정으로 인해 유입되는 것이 가장 큰 이유이다. 그리고 도시와 산업단지에서 발생한 오수 혹은 폐수가 처리시설을 거치지 않고서 바로 강이나 바다로 흘러가는 경우가 있다. 이전 주차의 동영상에서 보았던 것처럼 세탁을 하고 난 뒤에 발생하는 섬유조각들 같은 예이다. 세 번째는 화장품과 첨가제로 쓰이는 것들인데 이것들은 처음부터 플라스틱을 작게 만들어서 유통한 제품인 것들이 대부분이다. 그래서 이것들은 매우 작은 크기 때문에 하수처리장에서 걸러지지 않는다. 또 어업에서 사용되는 그물과 경계를 표시하는 장비들이 외부 요인으로 인해 유실되거나 고의적으로 버려지기도 한다. 또 선박에서 떨어져 나온 잔해들, 페인트 같은 것들도 미세플라스틱을 야기한다. 쓰레기를 불법적으로 바다에 버리는 일도 많고 태풍이나 홍수, 쓰나미 같은 자연에 의해서 쓰레기들의 잔해가 유입되기도 한다. 이렇게 유입된 플라스틱들은 햇빛과 바람, 그리고 해수 혹은 강물에 의해서 모양과 크기가 달라진다. 계속 작아지고 부서지면서 물을 따라서 이동한다. 그 흐름이 합쳐지는 곳에서 잔해도 모아진다. 이렇게 만들어지는 미세플라스틱이 큰 문제가 되는 이유는 위생과 환경 때문이다. 소개된 (Deng et. al. Nature Science Reports, 2017) 실험 자료에 따르면 어류와 포유류에서 모두 장기에 독성을 나타내는 것을 발견했다. 플라스틱에서 유래된 화학물질들도 세포에서 발견된 것을 보면 그 위험이 어떤지 짐작이 간다. 아직 인체에 대한 미세플라스틱의 위험성이 어떠한지에 대AT14

자연과학| 2023.06.16| 14페이지| 2,500원| 조회(178)

실험, 화학해양학, 해양학과, 미세플라스틱, 해양학및실험

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(일반화학실험) 어느 알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산수소염일까 (결과보고서) 평가A좋아요

알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산수소염 실험 결과보고서 15 어느 알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산수소염일까? 제출일 학과 학번 이름 담당교수 실험 데이터 및 처리 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ Part I: 질량 감소 측정값 1 회 2 회 플라스크(1)의 질량 64.92 g 플라스크(1)+미지시료의 질량 66.92 g 미지시료의 질량 2.000 g 플라스크(2)의 질량 66.34 g 플라스크(2)+HCl의 질량 87.57 g HCl의 질량 21.23 g 반응물의 총질량 23.23 g 플라스크(1)+생성물의 총질량 87.33 g 생성물의 총질량 22.41 g 생성된 CO2의 질량 0.820 g 생성된 CO2의 몰수 0.019 mol 미지시료의 몰수 0.019 mol 미지시료의 분자량 105.3 g/mol 미지시료는?: Na {} _{2}CO {} _{3} Part II: 중량법 (Gravimetry) 측정값 1 회 2 회 시험관의 질량 21.49 g 시험관+미지시료의 질량 22.50 g 미지시료의 질량 1.01 g 미지시료가 아래의 화합물이라면 그때 미지시료의 몰수 1 회 2 회 Na2CO3 0.095 mol NaHCO3 0.012 mol K2CO3 0.007 mol KHCO3 0.010 mol 측정값 1 회 2 회 시험관+고체 알칼리염의 질량 22.57 g 고체 알칼리염의 질량 1.080 g 고체 알칼리염의 몰수 1 회 2 회 M = Na 이라면 0.0185 mol M = K 이라면 0.0145 mol 미지시료는?: Na {} _{2}CO {} _{3} 미지시료가 무엇인지를 어떻게 판단하였는지를 설명해 보라. 첫 번째 방법은 화학 반응 후 질량 감소가 일어난 것을 보고 반응물인 미지시료와 생성물의 이산화탄소의 몰 비가 1 : 1 임을 이용하여 미지시료의 몰수와 분자량을 구하였다. 4가지 미지시료 중에서 결과와 가장 유사한 분자량을 갖는 Na {} _{2}CO {} _{3}가 미지시료일 것이라고 판단하였다. 이어서 두 번째는 중량법을 이용하였다. 생성되는 알칼리염의 몰수와 미지시료의 몰수를 비교하였다. 생성된 알칼리염이 NaCl이라고 가정하면 반응물 Na {} _{2}CO {} _{3}와는 몰비가 2:1 일 것이며 NaHCO {} _{3}와는 1:1이다. 한편 알칼리염이 KCl이라면 K {} _{2}CO {} _{3}와의 비는 2:1, KHCO {} _{3}와는 1:1이다. 이 네 가지 경우에서 이 몰 비를 가장 잘 만족하는 것이 Na {} _{2}CO {} _{3}이었으므로 두 방법을 종합적으로 볼 때 Na {} _{2}CO {} _{3}가 미지시료라는 판단을 내릴 수 있었다. 실험 결과에 대한 고찰 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 알칼리 금속(Na 또는 K)의 탄산염, 탄산수소염 미지시료를 과량의 염산과 반응시켜 나타난 결과를 토대로 미지시료를 유추해보는 실험이다. 미지 시료가 무엇인지 확실히 알기 위해서 서로 다른 두 가지 방법으로 실험을 진행하고 각각 나타난 그 결과가 동일한지 확인함으로써 미지시료가 무엇인지 판단할 수 있었다. 첫 번째 방법은 미지시료가 염산과 반응한 후에 질량 감소가 일어난 것으로부터 미지시료의 몰 질량을 구하는 것이었다. 미지시료 2.000 g에 HCl 21.23 g을 가하여 총 반응물의 양이 23.23g이 되도록 하였다. 화학 반응이 일어난 후에 측정된 총 생성물은 22.41 g이었으며 CO {} _{2}가 공기 중으로 빠져나가 질량 감소가 일어났다. 즉 0.820 g의 질량 감소가 일어난 것이다. 이렇게 이산화탄소의 분자량을 이용하여 생성된 이산화탄소의 몰수가 0.019 몰임을 알 수 있다. 또한 반응물인 미지시료와 생성물인 이산화탄소의 몰 비는 1:1 임을 이용하여 미지시료의 분자량을 107.3 g/mol 으로 유추할 수 있다. 주어진 4가지 화합물들의 분자량과 비교하였고 마침내, 실험으로 얻은 값들로 계산한 분자량과 가장 유사한 Na {} _{2}CO {} _{3}가 미지시료라고 유추할 수 있었다. 두 번째 방법은 중량법(Gravimetry)으로, 생성되는 알칼리염(NaCl 또는 KCl)의 몰수와 미지시료의 몰수를 비교하여 미지시료를 유추하는 것이다. 측정된 미지시료의 질량이 1.01 g 임을 이용하여 미지시료가 각각 Na {} _{2}CO {} _{3}, NaHCO {} _{3}, K {} _{2}CO {} _{3}, KHCO {} _{3} 라고 가정했을 때의 몰수를 구할 수 있었다. 위 화합물들의 순서대로 0.095 mol, 0.012 mol, 0.007 mol, 0.010 mol으로 계산되었다. 시험관에 반응을 일으킨 후 가열하여 고체 알칼리염을 얻고 질량을 측정하였다. 고체 알칼리염의 질량은 1.080 g 이었으며 알칼리 금속이 Na일때와 K일 때의 경우로 나누었고 알칼리 금속이 Na라면 0.0185 mol이, K라면 0.145 mol이 생성되었다는 결과를 낼 수 있었다. 4가지 화합물과 염산의 화학 반응식을 기반으로 하여 몰 비를 비교하였고 Na {} _{2}CO {} _{3}가 미지시료라고 할 때 반응물 Na {} _{2}CO {} _{3}과 생성물 NaCl의 몰 비가 1 : 2임을 가장 잘 만족한다는 것을 확인했다. 첫 번째 방법에서는 화합물들이 고유한 분자량을 갖고 있기에 오차 범위를 고려하여 미지시료를 판단하는 것이 어렵지 않았다. 하지만 두 번째 방법에서는 K {} _{2}CO {} _{3}의 결과도 반응물과 생성물 사이의 몰 비와 거의 유사했기 때문에 판단에 어려움이 있었다. 그럼에도 Na {} _{2}CO {} _{3}를 미지시료라고 한 것은 한 가지 화합물에 대해 두 가지 방법으로 실험한 것이며 첫 번째 방법의 결과가 명확했기 때문이다. 이렇게 화학 반응의 성질을 이용한 두 가지의 방법으로 알칼리 금속의 탄산염 혹은 탄산수소염 미지시료를 판단해볼 수 있었다. 다음의 질문에 답하시오. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1. 알칼리 금속의 탄산염은 몇 개의 물 분자가 포함된 형태의 화합물(수화물, hydrates라 불림)로 존재할 수 있다. 주어진 미지시료는 이러한 물 분자가 포함되지 않은 무수(anhydrous) 탄산염이다. 그러나 미지시료가 무수 탄산염이 아니라 물 분자를 포함하고 있다면 이를 탄산수소염과 구분하는 것이 가능한가? 미지시료를 판단하기 위해 사용한 중량법에서, 생성물 중 CO {} _{2}와 H {} _{2}O를 제거하고 고체 알칼리염만을 얻어 질량을 측정한다. 만약 미지시료가 물 분자를 포함한 수화물로 존재하더라도 물 분자는 고체 알칼리염을 얻기 위한 과정에서 제거되며 실험 결과에 필요로 하는 알칼리염의 질량에 영향을 미치지 않는다. 탄산염과 탄산수소염을 구분하는 것은 물 분자의 존재 여부가 아닌 반응물 미지시료와 생성물 알칼리염의 몰수 비이다. Na {} _{2}CO {} _{3} + 2HCl → 2NaCl + H {} _{2}O + CO {} _{2}NaHCO {} _{3} + HCl → NaCl + H {} _{2}O + CO {} _{2}K {} _{2}CO {} _{3} + 2HCl → 2KCl + H {} _{2}O + CO {} _{2}KHCO {} _{3} + HCl → KCl + H {} _{2}O + CO {} _{2}위의 화학 반응식처럼 탄산염과 탄산수소염을 반응물로 하고 이를 염산과 반응시켰을 때의 알칼리염 생성물과의 몰수 비를 비교해보면 탄산염일 때는 1:2이고 탄산수소염일 때는 1:1이다. 따라서 탄산염과 탄산수소염 각각의 화학반응에서 반응물과 생성물에 대한 양적관계가 서로 상이함을 고려했을 때 미지시료가 물 분자를 포함하더라도 탄산염과 탄산수소염을 구분하는 것이 가능하다고 할 수 있다. 2. 진한 염산 용액은 물에 HCl 기체를 용해시킨 것으로 무게로 38%의 HCl을 포함하고 있다. 진한 염산 용액의 밀도가 1.200 g/mL 일 때 진한 염산 용액의 몰농도 (mol/L)를 구하라. 진한 염산 용액 1L의 질량은 1000 mL TIMES 1.200 g/mL = 1200 g이다. 또한 이 용액 1L 속에 녹아있는 용질의 질량은 1200 g TIMES (38/100) = 456 g 이다. HCl의 화학식량은 36.46 g/mol 이므로 용액에 녹아있는 용질의 몰수는 456 g ÷ 36.46 g/mol = 12.507 mol이다. 따라서 진한 염산 용액의 몰농도는 12.507 mol/L 이다. 3. 2.000 g의 Na2CO3를 중화하기 위하여 몇 mL의 진한 염산 용액이 필요한가? Na {} _{2}CO {} _{3}과 진한 염산 용액을 반응시켰을 때의 화학반응식은 다음과 같다. Na {} _{2}CO {} _{3} + 2HCl -> 2NaCl + H {} _{2}CO {} _{3} Na {} _{2}CO {} _{3}의 분자량은 105.99 g/mol 이므로 2.000 g의 Na {} _{2}CO {} _{3}는 0.0189 mol이다. Na {} _{2}CO {} _{3}과 HCl의 반응비는 1:2 이므로 HCl은 0.0189 mol TIMES 2 = 0.0378 mol 만큼 반응한다. 진한 염산 용액의 몰농도는 12.507 mol/L 이므로 필요한 진한 염산 용액은 3.0223 mL 이다. 참고문헌 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1. 일반화학, Julia Burdge, 청문각, 2017, 28, 97-107, 146 2. PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ 3. 안전보건공단, http://msds.kosha.or.kr/ 4. ncis 화학물질정보시스템, http://ncis.nier.go.kr/main.do 5. 한국 화학물질관리협회, http://www.kcma.or.kr/main/main.asp “Na {} _{2}CO {} _{3}, NaHCO {} _{3}, K {} _{2}CO {} _{3}, KHCO {} _{}{} _{3}" 6. (실험교재) 어느 알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산수소염일까?

자연과학| 2022.02.07| 7페이지| 2,500원| 조회(624)

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(일반화학실험) 화학반응속도 시계반응 (결과보고서) 평가A+최고예요

화학반응속도 - 시계반응 실험 결과보고서 20 화학반응속도 - 시계반응 제출일 학과 학번 이름 담당교수 실험 데이터 및 처리 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1. 각 각의 묽힌 용액 A에서 IO3-의 초기 농도를 구하고, 측정한 반응시간 Delta t 와 함께 다음의 표에 기록한다. 또한 용액 B에서 HSO3-의 초기 농도를 구한다. 번호 용액 A (mL) 증류수 (mL) [IO3-]0 (mol L-1) Delta t (s) 1 2.0 23.0 0.0016 283.5 2 5.0 20.0 0.004 104.5 3 8.5 16.5 0.0068 60 4 12.0 13.0 0.0096 43.5 5 16.0 9.0 0.0128 35.5 6 20.0 5.0 0.016 25.5 7 25.0 - 0.02 21 NaHSO {} _{3}의 분자량은 104.062 g/mol 이다. 따라서 0.21 g의 NaHSO {} _{3}가 용해된 용액의 초기 농도([HSO3-]0)는 {{0.21g} over {104.062g/mol}} over {1`L} =0.002`molL ^{-1} 이다. [HSO3-]0 = 0.002 mol L-1 2. [HSO3-]는 값이 매우 작고, 반응에서 완전히 소비된 것으로 가정하면 초기속도법에 의하여 반응속도는 rate=- {d[HSO _{3} ^{-} ]} over {dt} APPROX - {DELTA [HSO _{3} ^{-} ]} over {DELTA t} 로부터 구할 수 있다. 또한 반응차수를 구하기 위하여 ln[IO3-]0와 ln(rate)를 계산한다. 번호 rate (mol L-1 s-1) ln[IO3-]0 ln(rate) 1 7.055 TIMES 10 {} ^{-6}-6.438 -11.862 2 1.914 TIMES 10 {} ^{-5}-5.521 -10.864 3 3.333 TIMES 10 {} ^{-5}-4.991 -10.309 4 4.598 TIMES 10 {} ^{-5}-4.646 -9.987 5 5.634 TIMES 10 {} ^{-5}-4.358 -9.784 6 7.843 TIMES 10 {} ^{-5}-4.135 -9.453 7 9.524 TIMES 10 {} ^{-5}-3.912 -9.259 3. ln(rate) vs ln[IO3-]0의 그래프를 그리고 최소자승법(linear least squares)에 의하여 직선의 기울기와 절편을 구한다 (그래프에 직선을 같이 그릴 것). 4. 이때 얻은 직선의 기울기와 절편으로부터 IO3-에 대한 반응차수 n과 겉보기 속도상수 kobs의 값을 구한다. 기울기는 IO3-에 대한 반응이 1차임을 의미한다. ln kobs가 -5.2576 이므로 속도상수 kobs 는 0.005 이다. n = 1 kobs = 0.005 실험 결과에 대한 고찰 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 화학반응이 시작되고 일정 시간이 지난 뒤에 용액의 갑작스러운 색 변화가 나타나, 반응이 완료되었음을 알려주는 반응을 시계반응이라고 한다. 이번 실험에서는 시계 반응 중 하나인 Landolt iodine 시계반응을 통해 화학 반응 속도를 알아내었다. Landolt iodine 시계반응은 iodate(IO {} _{3}{} ^{-})이온과 bisulfite(HSO {} _{3}{} ^{-})이온의 반응에 기인한 것으로 변화가 완료되면 용액이 푸른색으로 변화한다. 가하는 용액의 부피를 달리하며 변화가 나타나는 시간을 측정하고 측정값들을 바탕으로 하여 초기 속도법을 사용해 화학 반응의 반응 차수를 결정하는 것이 이번 실험의 목표였다. 우선 반응을 일으킬 용액 A, B를 준비한다. 용액 A는 1L의 부피플라스크에 4.28 g의 potassium iodate(KIO {} _{3})를 넣고 200mL의 증류수로 용해시킨 다음, 눈금까지 증류수를 넣어 만든다. 한편 용액 B는 1L의 비커에 4 g의 녹말을 증류수에 녹이고 용액이 900 mL가 되도록 증류수를 첨가한 후, 0.21 g의 sodiumbisulfite(NaHSO {} _{3})을 용해시키고 나서 그 용액에 1M H {} _{2}SO {} _{4}를 5 mL를 첨가하여 완성한다. 이렇게 A,B 각 용액을 만든 후, 7개의 비커에 용액 A를 서로 다르게 묽혀 준비한다. 그리고 이들 비커에 B용액을 가하고 섞어주며 반응 시간을 측정한다. 혼합한 용액이 푸른색으로 변하였을 때 시간 측정을 멈춘다. 실험 결과는 같은 방법으로 두 번 진행하여 측정한 값들을 평균내고 분석하였다. 우선 용액 A와 증류수의 양을 달리하여 묽힌 용액 A에 대해 [IO {} _{3}{} ^{-}] {} _{0}와 TRIANGLE t, 그리고 NaHSO {} _{3}가 용해된 용액의 초기농도를 구하였다. [HSO {} _{3}{} ^{-}] {} _{0}는 0.002 mol L {} ^{-1}이었으며 이 값을 각 비커의 반응시간으로 나누어 rate를 알아내었다. 이렇게 구한 값들을 바탕으로 ln[IO {} _{3}{} ^{-}] {} _{0}, ln[rate]를 계산하고 그래프를 그렸다. 선형의 그래프가 나타내는 기울기는 약 1이었으며 절편은 약 -5.25임을 알 수 있었다. 이 그래프의 기울기는 반응 차수를 의미하고 절편은 속도 상수의 자연로그 값이므로 이를 통해 IO {} _{3}{} ^{-}에 대한 반응이 일차 반응이며 속도 상수가 0.005라는 결과를 얻을 수 있었다. 이로 미루어볼 때, Landolt iodine 반응은 반응 속도가 반응 물질의 농도에 일차적으로 비례했다. 이 실험에서, 화학 반응이 일어나는데 걸린 시간은 용액의 색 변화를 보고 판단하였다. 이는 다음과 같은 매커니즘을 이용한 것이다. iodate 이온과 bisulfite 이온이 반응하여 생성된 I {} ^{-}이온이 IO {} _{3}{} ^{-}과 반응하여 I {} _{2}가 만들어졌고 이들이 용액 B속의 HSO {} _{3}{} ^{-}에 의해 환원되기를 반복한다. HSO {} _{3}{} ^{-}가 다 소모 되고나서야 I {} _{2}는 녹말과 반응할 수 있고 이때 푸른색을 나타내는 녹말 착물을 만들어낸다. 녹말 착물의 생성으로 생긴 변화가 반응의 완료를 알려주었고 이렇게 눈으로 확인할 수 있는 변화로 반응 속도를 알아낼 수 있었다. 실험을 할 때, 산성 용액인 bisufite가 쉽게 산화되는 성질을 갖고 있음을 유의하고 정확한 데이터를 얻기 위해 용액을 실험 직전에 준비하고 즉시 사용하여야 한다. 다음의 질문에 답하시오. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1. Landolt 시계반응에서 녹말은 무슨 역할을 하는가? 또한 황산은 무슨 역할을 하는가? 녹말은 HSO {} _{3}{} ^{-}가 다 소모된 후에 I {} _{2}와 반응할 수 있다. 녹말이 I {} _{2}와 반응하여 푸른색 착물을 만들어 낼 때는 반응이 완료된 시점이라는 것을 의미하므로, 녹말은 반응 완료를 알려주는 지시약으로 역할한다고 할 수 있다. 한편, 황산은 환원제로써 I {} ^{-}이온과 IO {} _{3}{} ^{-}의 반응으로 생성된 I {} _{2}를 환원시킨다. 이러한 작용으로 황산이 다 소모된 뒤에 I {} _{2}가 축적되어 녹말과 반응할 수 있다. 따라서 황산의 양을 조절함으로써 반응시간을 조절할 수 있으므로 황산은 반응 시간 조절 역할을 한다고 말할 수 있다. 2. 이번 실험에서는 IO3-에 대한 반응차수만을 결정하였다. HSO3-에 대한 반응차수를 구하려면 어떠한 실험을 해야 하는지 설명해 보라. HSO3-를 포함하고 있는 용액 B에 대해 실험하면 된다. 이번 실험에서 용액 A를 7개의 비커에서 묽혔던 것처럼 각각 다른 묽힌 용액 B를 만든 후, 각 비커에 용액 A를 첨가하고 섞어주며 용액의 색이 변하는 시점까지의 반응 시간을 측정한다. 동일하게 반응 시간을 2회 이상 측정하여 평균을 구하고 측정값을 바탕으로 rate=- {TRIANGLE [IO _{3} ^{-} ]} over {TRIANGLE t}에서 ln[rate]-ln[HSO3-] 그래프를 그린 후 기울기를 살펴 반응 차수를 결정한다. 3. 일반적으로 화학반응식의 계수(stoichiometric coefficients)와 반응차수(reaction orders)는 서로 같지 않다. 그 이유는 무엇인가? 화학반응은 여러 단계의 매커니즘으로 이루어져 있다. 여러 단계 중에서 가장 속도가 느린 반응을 속도 결정 단계라 하며 이때의 반응식으로 반응 속도식을 만든다. 즉 가장 느린 반응이 반응 속도를 결정하며 이때의 반응 속도에 대해서 물질의 농도가 얼마나 기여하는지를 나타낸 것이 바로 반응 차수이므로 화학 반응식의 계수와 같지 않다. 4. 반응속도에 영향을 미칠 수 있는 요인에는 어떠한 것들이 있는가? 농도, 온도, 압력, 표면적, 촉매의 요인은 반응속도에 영향을 미친다. 농도가 증가할수록, 온도가 상승할수록, 촉매를 사용할 때 반응속도가 빨라진다. 압력이 증가할 때도 반응속도가 빨라지는데 이는 기체만 해당된다. 또한 반응물질이 고체인 경우에 표면적이 클수록 반응속도가 빨라진다. 참고문헌 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1. 일반화학, Julia Burdge, 청문각, 2017, 538-579 2. PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ 3. 안전보건공단, http://msds.kosha.or.kr/ 4. ncis 화학물질정보시스템, http://ncis.nier.go.kr/main.do 5. 한국 화학물질관리협회, http://www.kcma.or.kr/main/main.asp “potassium iodate, sodium bisulfite, sodium metabisulfite ” 6. (실험교재) 화학반응속도-시계반응

자연과학| 2022.02.07| 6페이지| 2,500원| 조회(807)

시계, 시계 반응, 속도 상수, 반응상수, 묽은 용액, Landolt 시계반응

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(일반화학실험) 단백질 풀림(Protein Unfolding) (결과보고서) 평가A+최고예요

단백질 풀림실험 결과보고서 24단백질 풀림(Protein Unfolding)제출일학과학번이름담당교수실험 데이터 및 처리━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━Part II: 여러 용액에서 단백질 접힘/풀림 (protein folding/unfolding)1. 관찰된 결과를 토대로 각 용액에서 phycocyanin 단백질의 구조가 접힌 상태인지, 또는 풀린 상태인지를 답하라.용액용액의 색용액은 투명 또는 혼탁?LED를 비추었을 때, 형광을 방출?단백질은 접혔는가? 풀렸는가?노란색초록색phosphatebuffer (pH 7.4)푸른색혼탁OX접힘6 M urea청록색투명XX풀림1 M sucrose푸른색혼탁OX접힘비눗물회색투명XX풀림에탄올하늘색투명XX풀림6 M KSCN푸른색혼탁OX접힘1 M NaCl푸른색혼탁OX접힘증류수푸른색혼탁OX접힘1 M HCl청록색투명XX풀림1 M NaOH연두색투명XX풀림: 초록색 LED에서 형광 방출을 보이지 않았음.Part III: 단백질 구조에 대한 온도의 효과용액용액의 색용액은 투명 또는 혼탁?LED를 비추었을 때, 형광을 방출?단백질은 접혔는가? 풀렸는가?노란색초록색뜨거운 물회색투명X풀림얼음물푸른색혼탁O접힘뜨거운 물/얼음물회색투명XX풀림1. 관찰된 결과를 토대로 온도는 phycocyanin 단백질의 구조에 어떻게 영향을 미치는지 답하라.뜨거운 물에서 회색빛으로 용액의 색이 변하였으며 노란색 LED를 비추었을 때 붉은색 형광 방출을 보이지 않았다. 또한 뜨거운 물을 얼음물에 담가 두었을 때도 용액은 변한 회색빛의 색을 유지하였으며 이때에도 형광 방출을 보이지 않았다. 형광을 방출하지 않는다는 것은 단백질의 풀림을 의미한다. 따라서 온도 변화는, 특히 가열에 있어서 phycocyanin 단백질의 구조를 변형함을 알 수 있다.온도가 상승하면 분자 운동이 증가한 결과 수소결합과 소수성 상호작용 및 인력이 파괴되어 단백질의 구조가 변형된다.2. 단백질 용액을 뜨거운 물에 넣은 후 다시 얼음물에 넣었을 때의 결과는 단백질의 구조에 대해 무엇을 말해주는가?단백질 용액을 뜨거운 물에 넣은 후 다시 얼음물에 넣었을 때 또한 뜨거운 물에 넣었을 때와 마찬가지로 단백질 구조에 변형이 일어났다는 결과를 보였다. 이로보아 그 결과는 단백질 구조의 변성은 비가역적임을 말해준다고 할 수 있다. 즉 한번 변성되면 이전의 구조로 되돌아갈 수 없음을 의미한다.실험 결과에 대한 고찰━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━단백질은 단순히 폴리펩타이드를 형성한 1차 구조에서부터 접히고 합쳐진 4차 구조가 되기까지의 과정을 거치면서 다양한 아미노산들의 조합으로 크기. 구조, 기능을 가지게 된다. 단백질의 기능은 구조와 밀접한 관련이 있는데, 그 구조가 가열 및 외부의 영향으로 변하면 그 기능을 잃기도 한다.이번 ‘단백질 풀림’ 실험에서는 Spirulina 세포에서 추출한 phycocyanin 단백질에 시약을 가하거나 온도를 변화시키고 단백질의 변형 여부를 발색단을 통해 알아보도록 하였다. Spirulina 알약으로부터 단백질을 추출하고 여러 용액에서의 단백질 접힘 및 풀림을. 온도 변화에서의 단백질의 접힘 및 풀림을 관찰하는 순서로 진행하였다.우선 여러 용액에서의 단백질 접힘/풀림이다. 24-well plate에서 10개의 well에 추출한 단백질 용액을 0.7 mL를 넣고 각 well마다 다른 용액을 2mL 씩 가하였다. 그 다음, 잘 섞인 용액에 노란색 LED를 비추고 붉은색 형광이 방출되는지를 관찰하고, 초록색 LED를 비추고 형광이 방출되는지를 관찰하였다. 용액의 색은 대부분 파란색이었지만 6M Urea, 비눗물, 에탄올, 1M HCl, 1M NaOH에서 조금씩 색의 차이를 보였다. 노란색 LED를 비추었을 때 붉은색 형광을 방출하였던 용액은 phosphate buffer (pH 7.4), 1 M sucrose, 6 M KSCN, 1 M NaCl, 증류수 였다. 이로보아 이들 용액에서는 단백질이 접혀있음을 판단할 수 있었으며, 나머지 용액들에서는 형광을 방출하지 않았기에 각각에 가한 용액이 단백질의 구조를 변형하여 단백질이 풀렸다고 판단하였다. 초록색 LED를 비추었을 때는 노란색 LED를 비추었을 때와 다르게 붉은색의 형광, 또는 다른 색의 어떠한 형광도 방출하지 않았다.두 번째 단백질 구조에 대한 온도의 효과를 알아보기 위해서는 뜨거운 물에 담근 용액, 얼음물에 담근 용액, 뜨거운 물에 담갔다가 얼음물에 담근 용액(이하 뜨거운 물/얼음물)을 비교하였다. 뜨거운 물, 뜨거운 물/얼음물에서 용액의 색은 회색을 보였고, 얼음물에서는 용액의 색이 푸른색이었다. 노란색 LED를 비추었을 때 뜨거운 물에서는 붉은색 형광을 방출하지 않았으나, 얼음물에서는 형광 방출을 보였다. 여기에서 단백질은 뜨거운 물에서 구조가 변형되어 풀렸고, 얼음물에서는 그대로 접혀있다고 판단하였다. 뜨거운 물/얼음물 조건에서는 노란색 LED, 초록색 LED에서 모두 형광을 방출하지 않았고 이 또한 단백질은 풀린 것으로 판단되었다.위와 같은 결과로 보아, 단백질의 구조에 영향을 미치고 그 구조를 풀리게 만드는 요인으로 작용하는 것들이 혼합한 용액의 성질과 온도(가열)임을 알 수 있었다. 단백질 풀림의 결과를 보였던 용액, Urea나 guanidine hydrochloride는 수소결합을 파괴하고, 비눗물(계면활성제)은 단백질의 소수성 상호작용을 파괴하며, HCl이나 NaOH 용액처럼 강산, 강염기는 전하를 변화시켜 정전기적 반발을 유발하거나 수소결합을 파괴하여 단백질을 풀리게 만들었다. 또한 에탄올은 단백질 변성제로써 작용하였으며 가열은 수소결합과 반데르발스 힘을 파괴하여 단백질의 풀림을 유발한 것이다.이렇게 Spirulina 세포의 phycocyanin 단백질에 조건을 달리하여 실험하여 보고 LED를 비추었을 때 형광 방출 여부를 가지고 단백질의 변형여부를 판단하였다. 이번 실험을 통하여 단백질의 구조와 그 기능. 그리고 구조에 영향을 미치는 요인들까지 이해할 수 있었다.다음의 질문에 답하시오.━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━1. Urea나 guanidine hydrochloride는 chaotropic agent라 불린다. 이들은 어떠한 성질을 가진 화합물인가? 이들이 단백질의 구조를 풀리게 한 이유는 무엇인가?Urea와 guanidine hydrochloride는 수소결합 차단제(chaotropic agent)로써 수소결합을 파괴하는 성질을 갖고 있다. 단백질은 수소결합 및 이황화결합, 그리고 그 외 다른 힘으로 접혀 있을 수 있는데, 비교적 강력한 결합인 수소결합이 끊기게 되면서 단백질의 접힘이 풀리게 되는 것이다.2. 비누는 계면활성제(surfactant)라 불리는 분자들로 이루어져 있다. 계면활성제는 어떠한 성질을 지닌 화합물인가? 비눗물이 단백질의 구조를 풀리게 한 이유는 무엇인가?계면활성제는 극성을 띠는 친수성 부분과 비극성인 소수성 부분을 동시에 지니고 있다. 공유 결합을 파괴하지는 않지만 단백질의 소수성 상호작용을 파괴하여 단백질의 구조를 풀리게 한다.3. HCl이나 NaOH 용액은 어떠한 이유로 단백질의 구조를 풀리게 하는가? 또한 에탄올은 어떠한 이유로 단백질의 구조를 풀리게 하는가?HCl이나 NaOH 용액은 강산, 강염기이다. 이들을 단백질 용액과 섞으면 pH를 변화시킨다. 아미노산의 R기들 사이에서는 이온결합이 존재한다. 이때 pH가 변하게 되면 R기의 전하가 바뀌고, 그 결과 정전기적 인력이 변화하여 이온 결합이 파괴된다. pH의 증가와 감소는 전하간 반발력을 유발하여 이온 결합을 파괴시킨다. 만약 전하가 0이 되는 등전점이라면 이때 아미노산은 불안정하게 되어 변성된다. 그래서 침전이 생기고 탁도가 최대가 된다. 이렇게 단백질의 접힘을 유지하도록 하는 힘이 파괴되면서 단백질의 구조가 풀리게 되는 것이다.

자연과학| 2022.02.07| 6페이지| 2,500원| 조회(562)

단백질, 구조, 펩타이드, 요소, 발색단, 생체고분자, 피코시아닌, Spirulina..

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(일반화학실험) 아스피린의 합성 (결과보고서)

아스피린의 합성실험 결과보고서 26아스피린의 합성제출일학과학번이름담당교수실험 데이터 및 처리━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━Part I: 아스피린의 합성사용한 살리실산의 무게: 2.0 g사용한 초산무수물의 부피: 5.0 mL사용한 초산무수물의 무게: 5.4 g(밀도: 1.08 g/mL)합성한 아스피린의 무게: 1.86 g1. 이론적으로 얻을 수 있는 아스피린의 최대량(g)을 구한다.살리실산이 한계반응물이므로 아스피린의 이론적 생성량은살리실산의 몰수 : 2.0 g÷ 138.12g/mol = 0.015 mol아스피린의 이론적 생성량 : 0.015 molTIMES 180.16 g/mol = 2.7 g아스피린의 이론적 수득량: 2.7 g2. 아스피린의 %수득률을 구한다.% 수득률 ={1.86`g} over {2.7`g} TIMES 100=69%%수득률: 69 %3. 재결정 전, 후의 아스피린의 결정 모양을 비교하라.재결정 전재결정 후재결정 전의 아스피린 결정의 모양은 작은 파편 모양이다. 재결정을 거친 후에는 결정이 크고 덩어리진 모양이며 각진 모양으로 바뀌었다.Part II: 녹는점 측정1. 아스피린의 녹는점녹는점 (℃)아스피린(재결정 전)아스피린(재결정 후)살리실산실험값138133161문헌값135159실험 결과에 대한 고찰━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━해열진통제로 사용되는 아스피린은 산과 알코올의 에스테르화 반응에 의하여 합성될 수 있다. 이번 아스피린의 합성 실험에서는 소량의 인산을 촉매로 하고 살리실산과 초산무수물을 반응시켜 아스피린을 합성하여보고, 그 녹는점을 측정하여 제대로 합성이 되었는지를 판단하였다.우선 Part Ⅰ에서 살리실산 2.0 g과 초산무수물 5.0mL, 즉 5.4g의 초산 무수물을 플라스크에 넣고 인산을 촉매로 가하고나서 가열한 후 냉각 및 처리 과정을 거쳐 결정을 얻어내었다. 그 결과 합성된 아스피린의 무게는 1.86 g이었다. 이론적으로 얻을 수 있는 아스피린의 최대량은 2.7g이었으므로 실험 결과를 바탕으로 수득률은 69%에 달했다.이어서 Part Ⅱ에서는 재결정 과정을 거쳐 그 녹는점을 비교하였다. 재결정을 거치고 난 뒤의 결정 모양은 좀 더 커지고 뭉쳐있는 모습이었다. 재결정 전의 녹는점은 138℃, 재결정 후 녹는점은 133℃으로 측정되었다. 재결정을 하지 않은 아스피린의 경우, 불순물의 함유로 인해 녹는점이 더 높게 측정된 것으로 보인다. 측정된 녹는점은 아스피린의 녹는점의 문헌값과 유사하였다.이렇게 아스피린을 합성하고 그 녹는점을 조사해봄으로써, 아스피린의 합성에 필요한 물질과 반응, 그리고 아스피린의 작용에 대해서 알 수 있었다. 또한 합성 과정에서 수득률을 높이기 위한 방법을 생각해볼 수 있었는데, 이론적 수득량이 실제 수득량과 같지 않은 이유를 반응 도중 평형 상태에 도달하는 경우, 반응 시간의 부족, 부반응으로 다른 물질의 생성이라 추측하였다. 수득률을 높이기 위한 방법으로는, 물의 가수분해로 아스피린이 분해되는 것을 방지하기 위해 아세트산 대신 아세트산 무수물을 사용하며 촉매를 이용하고 합성된 물질을 옮길 때 주의가 필요함을 생각해 볼 수 있었다.다음의 질문에 답하시오.━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━1. Part I의 절차 5에서 증류수를 가할 때 발생하는 증기는 무엇인가?아세트산 무수물이 분해 된 결과 발생하는 아세트산 증기이다.2. 합성한 아스피린의 수득률이 100%가 되지 않는 이유는 무엇인가?반응 도중에 평형 상태에 도달하거나, 반응 시간이 부족하거나 또 부반응이 일어나서 다른 물질을 생성한 경우를 생각해 볼 수 있다. 또한 생성된 아스피린을 빼내는 과정에서 미처 나오지 못한 아스피린이 존재할 수도 있다.3. 재결정 전과 재결정 후의 아스피린의 녹는점은 차이가 있는가? 차이가 있다면 그 이유는 무엇인가?재결정 전의 녹는점은 138℃이고 재결정 후의 녹는점은 133℃이다. 약간의 차이가 존재한다. 이는 재결정 전에는 아스피린에 불순물이 포함되어 있기 때문에 보다 높게 측정된 것으로 보인다.

자연과학| 2022.02.07| 5페이지| 2,500원| 조회(471)

아스피린, 합성, 살리실산, 한계반응물, 수득률, 초산 무수물

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