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[서울대학교 화학실험 A+] EA 원소분석과 어는점 내림 평가A+최고예요

서울대학교 화학실험EA 원소분석과 어는점 내림1. Abstract(1) 실험 기구 및 시약시료1과 2(글루코스와 수크로스), 시험관, 증류수, 스티로폼 컵, 250mL 비커, 얼음, 일반 소금, 온도 측정 센서, 젓개, 스톱 워치, 스탠드, EA원소 분석기,(2) 실험 과정실험 1. EA원소 분석을 통한 실험식 추정① 원소분석 기기 장비 안에 산화제인 산화구리(CuO)와 환원제 니켈(Ni)이 충전된 컬럼을 잘 배치한다.② 초정밀 저울로 Tin으로 된 컨테이너의 무게를 잰다.③ 컨테이너에 글루코스(또는 수크로스) 시료를 넣고 (컨테이너+시료)의 무게를 잰 후, ②에서 구한 컨테이너 무게를 빼 시료의 무게를 구한다.④ 시료를 담은 컨테이너를 최대한 잘 각지게 접어준다. ( 컨테이너를 접어주는 이유는 시료가 컬럼을 통과하는 과정에서 빠르게 떨어지기 때문에 시료가 날아가는 것을 방지하기 위함이다. )⑤ 잘 접어준 컨테이너를 컬럼에 넣고 기기 분석을 돌린다.⑥ 높은 온도에서 시료를 태운 후 산소를 흘려보내면서 컬럼의 산화제와 환원제를 거쳐가며 분리된다.⑦ 분리된 기체들의 양을 측정한 후에, 각 원소 함량을 계산한다.실험 2. 어는점 내림 실험을 통한 화합물의 분자량 추정① 단열재 역할을 하는 스티로폼 안에 비커를 넣고 비커 안에 얼음을 넣는다.② 얼음에 소금을 뿌려준다. (얼음물에 소금을 넣으면 어는 점이 내려가므로 냉각제 역할을 한다.)③ 8.5mL에 glucose 1.715g을 녹인 용액 중 4mL를 시험관에 담는다.④ 용액이 담긴 시험관을 얼음이 담겨있는 비커로 옮긴다.⑤ 시험관 안에 온도 측정 센서를 넣고 일정 시간마다 시험관 내부의 온도를 측정한다.⑥ 8mL에 sucrose 1.642g을 녹인 용액 또한 같은 방식으로 어는점 내림 실험을 진행한다.(3) 실험 요약실험1에서는 EA원소분석을 통해 glucose와 sucrose를 구성하고 있는 원소의 종류를 알아본다. 뿐만 아니라 각 원소의 구성 비율을 알 수 있기 때문에 각각의 실험식을 작성할 수 있다. 결과적으목적이다.따라서 본 실험에서는 EA원소분석 과정을 거쳐 glucose와 sucrose의 실험식을 구한 후, 어는점 내림 실험을 통해 glucose와 sucrose의 분자량을 알아낸다.(2) 실험의 배경원소분석법은 1831년 독일의 리비히(Liebig)가 발견해낸 방법이다. 어떤 화합물을 연소시킨 후에 발생하는 CO{}_{2}와 H{}_{2}O의 질량을 알아낸다. CO{}_{2}의 질량을 이용해 탄소의 양을 결정하고, H{}_{2}O의 질량으로부터 수소의 양을 결정하는 방법을 말한다. 산소의 경우에는 다른 원소들의 분석이 끝난 후에 전체 값에서 나머지 원소들의 값의 차이를 구해 결정한다.먼저 EA원소 분석은 어떤 화합물이 대하여 어떤 종류의 원자들이 들어있고, 그 원자들이 어떤 비율로 구성되어 있는지를 분석한다. 따라서 미지의 물질에 대해 구성 원소의 비율을 백분율로 구할 수 있고 이 결괏값에 따라 실험식을 구할 수 있다.그리고 어는점 내림에서는 EA원소 분석 과정을 거친 후, 용액의 총괄성 특징을 이용하여 어는점 실험을 통해 어는점 내림을 측정하고 어는점 공식에 대입함으로써 각 물질의 몰랄 농도를 알아낼 수 있다. 몰랄 농도를 통해 용질의 몰 수를 알아낼 수 있기 때문에 이를 통해 미지의 물질의 분자량을 계산해 낼 수 있다.3. Theory(1) 어는 점 내림순수한 용매에 어떤 용질이 첨가되면, 그 용액의 어는 점이 순수한 용매보다 낮아지게 되고, 용액의 끓는 점이 순수한 용매의 끓는 점보다 높아진다는 특징이 있다. 이런 특징들은 용질의 종류와 관계없이 용질의 입자 수에 의해서 결정되는 성질인데, 이를 용액의 총괄성이라 부른다. 용액의 총괄성을 가지는 특성들은 묽은 용액의 삼투압, 끓는점 오름, 어는 점 내림 등이 있다.순수한 용매의 경우에는 모든 표면에서 용매의 분자들이 증발을 하지만, 여기에 비 휘발성, 비 전해질 용질의 입자가 많이 첨가될수록 표면에서 용질이 차지하면 면적이 커지게 되어 용매 분자의 증발을 막는다. 이렇게 용질의 입자 수가 많아질수록 용매과정에 필요한 정보를 얻을 수 있고, 기지 물질의 순도를 확인을 가능하게하고, 시료 내에 유기 원소로 되어있는 불순물의 존재 여부 파악 등에 이용된다. 4가지 원소(C, H, N, S)와는 달리 O는 다른 원리로 분석된다. C, H, N, S를 분석하는 경우에는, 유기물 시료를 약 1000℃에 해당하는 고온에서 촉매를 이용해 각각 CO{}_{2}, H{}_{2}O, NO{}_{2}, SO{}_{2}로 산화시킨다. 이렇게 하여 발생한 가스를 GC packes 컬럼을 이용하여 분리시킬 수 있다. 분리한 가스들은 TCD(Thermal Conductive Detector)(=열전도도검출기)를 이용하여 검출할 수 있다. 이미 원소의 함량을 알고 있는 표준물질을 이용해 검출된 4가지 원소(C, H, N, S)의 검량곡선을 그리고, 시료의 GC 크로마토그램으로부터 각 원소의 함량을 백분율로 정량할 수 있다. EA원소분석기의 응용범위는 합성된 유기화합물뿐만 아니라 고분자와 천연물, 식품, 의약품 까지 다양한 시료들의 원소분석이 가능한다. 이외에 금속이나 무기물같은 경우에서 원소분석을 하려면 더 고온에서 물질을 분해시키는 CS분석기, NO분석기를 사용하기도 한다.4. Data & Result실험 1. EA원소 분석을 통한 실험식 추정실험1에서 glucose시료를 원소 분석기에 넣어 분석하는 과정을 2회 거친 결과이다.[Group 1 ? glucose의 원소별 질량비 ]질량비(%)CHO(백분율에서 C, H 제외 값)1회차39.788162236.71710920353.4947285672회차39.936634066.74860668253.314759258평균 값39.862398156.73285794353.404743907실험식을 구하기 위해서는 각 원자량의 몰 수의 비를 구해야 한다. 위 자료의 값은 질량비이기 때문에 각 질량비를 해당 원소의 분자량으로 나누어주게 되면 몰 수 값을 대략적으로 구할 수 있다. 최대한 정확한 값을 구하기 위해 2회를 거쳐 측정한 결과 값의 평균을 구한 후 3.50629234 : 6.489192247 : 3.214706227 ? 12 : 22 : 11 임을 알 수 있다. 따라서 sucrose의 실험식을C _{12} H _{22} O _{11}로 추정할 수 있다.실험 2. 어는점 내림 실험을 통한 화합물의 분자량 측정먼저 8.5mL에 glucose 1.715g을 녹인 용액 중 4mL를 취하였으므로 약 0.807g의 glucose가 첨가되어 있을 것이고, 8mL에 sucrose 1.642g을 녹인 용액 4mL에는 0.821g의 sucrose가 들어있을 것이다. 이에 따른 어는점 내림 그래프는 다음과 같다.DELTA T _{F} =K _{F} `m`i 식에서 글루코스와 수크로스의 경우에는 둘 다 물에 녹아 이온화가 되지 않으므로 반트호프 계수(i)는 1이고, 물의 어는점 내림 상수는 1.86℃/m이다. 그리고 몰랄 농도(m) = 용질의 몰수(mol)/용매의 무게(kg)를 계산함으로써 구할 수 있다.다음 그래프를 보면 glucose와 sucrose의 시간에 따른 온도의 변화를 볼 수 있다. 냉각과정의 액체가 고체로 상태변화가 일어나는 과정에서 방출된 열에너지를 응고열로 쓰기 때문에 온도가 하강하지 않고 일시적으로 유지되는 때를 어는점이라고 한다. 온도 그래프에서 온도가 잠깐 올라갔다가 내려가는 경우, 그 지점을 어는점이라고도 하는데 그 이유는 과냉각 때문이다. glucose와 sucrose둘 다 어느 수준에 도달하였을 때 일정 값을 가지는 것을 볼 수 있는데, 이 지점을 어는점으로 추정할 수 있다. 그래프를 보도 glucose와 sucrose의 어는점을 상대적으로 비교할 수 있는데, 어는점 내림은 몰랄 농도에 비례하므로, 같은 무게의 용질을 넣었을 때 분자량이 더 큰 용질이 포함된 용액의 어는점이 덜 내려간다. 따라서 glucose의 어는점이 sucrose의 어는점보다 약 2배가량 더 내려가기 때문에 분자량 또한 sucrose가 glucose보다 약 2배가량 크다고 추정해볼 수 있다.표를 보고 정확한 값을 찾아내면 g기 때문에 무시한다고 간주한다.) 따라서 계산하면 몰랄 농도(m)= 2.85 =glucose몰 수(mol)/0.004(kg) -> glucose의 몰 수 = 0.0114이 나온다. 따라서 0.807g에 들어있는 glucose의 몰 수는 0.0114mol 이므로 1몰의 질량인 분자량을 구하면 0.807g÷0.0114mol = 70.789g/mol이 나온다.이와 같은 방법으로 sucrose의 분자량을 구할 수 있다. 0.7=1.86×m×1 ->m=0.38이 나온다. sucrose도 마찬가지로 물 8mL에 sucrose 1.642g을 녹인 용액 4mL에 녹였기 때문에 용질은 0.821g이 들어있고 용매의 무게는 4g이다.(마찬가지로 용질의 무게는 무시한다.) 따라서 몰랄 농도(m)=0.38=sucrose의 몰수(mol)/0.004 -> sucrose의 몰 수=0.00152이다. sucrose 0.821g에 들어있는 sucrose의 몰 수가 0.00152이므로 1몰에 들어있는 sucrose의 무게는 0.821g÷0.00152mol= 540.132g/mol이다.이론적인 glucose의 분자량은 180.156g/mol이고, sucrose의 이론적인 분자량 값은 342.3g/mol인데 실험값은 이론값과 차이가 나는 이유에 대해서는 discussion에서 설명하도록 하겠다.5. Discussion실험1에서 EA원소분석을 통해 glucose의 실험식이CH _{2} O임을 알아냈고, sucrose의 실험식이C _{12} H _{22} O _{11}임을 알아낼 수 있었다. 실험 2에서 용액의 총괄성 특징을 이용하여 glucose와 sucrose의 어는점 내림을 확인하고 이를 통해 각각의 분자량을 어더 glucose의 분자량은 70.789g/mol, sucrose의 분자량은 540.132g/mol임을 추정할 수 있었다. 그러나 실제 이론적으로 측정되어야 하는 glucose의 분자량은 180.156g/mol으로, 오차율이 약 60%에 해당한다. sucrose의 경우에는 이론적 분자량다.

자연과학| 2022.12.28| 9페이지| 2,000원| 조회(246)

화학실험, 서울대학교, A+, 어는점 내림, A, 원소분석, EA 원소분석

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[서울대학교 화학실험 A+] 헤스의 법칙 평가A+최고예요

서울대학교 화학실험헤스의 법칙1. Abstract본 실험에서는 상태함수의 의미를 파악하고 헤스의 법칙을 학습한 후 헤스의 법칙을 증명하는 실험을 진행한다.실험1 에서는 NaOH와 HCl의 중화반응을 이용하여 두 가지 경로의 화학 반응의 엔탈피 변화 값을 측정한다. 실험 1에서 DELTA H _{1}는 -63.7 kJ/mol, DELTA H _{2}는 -39.1 kJ/mol, DELTA H _{3}는 -27.6 kJ/mol이 나와서 중화 반응의 두 경로의 엔탈피 차이는 약 3.0kJ이었다.실험2 에서는 MgO의 표준 생성 엔탈피를 측정하는 실험으로 경로 1에서 MgO의 표준 생성 엔탈피의 값을 실험을 통해 구한 후 이론 값과 비교해보는 과정을 거친다. 경로 1에서 DELTA H _{2}는 -148 kJ/mol이고, 경로 2에서 DELTA H _{1}는 -361 kJ/mol 값이 측정되었다. 경로 2에서rm DELTA H _{(H _{2} O(l))}^{CIRC }값은 이론적으로 ?285.83kJ/mol임을 알 수 있었고 이를 통해 MgO의 표준 생성 엔탈피는 ?498.83kJ/mol 값이 나왔다. 이론상으로는 표준 생성 엔탈피 값이 -601.7kJ/mol이므로 꽤 큰 오차 값이 측정되었음을 알 수 있다.2. Introduction1) Theory① 열역학 제 1법칙계가 일w를 할 때 내부에너지의 변화는DELTAU=w가 되고, 계 내부에서 열 q만 교환하게 되면DELTAU=q가 된다. 일반적으로 닫힌 계에서는 내부에너지의 변화가 열과 일 둘 다로 인해 일어나므로DELTAU = w + q로 나타낸다. 이 식의 요점은 일 w와 열 q가 모두 에너지의 전달 방식이라는 것에서 동등한 의미를 지니고 있다는 것이다. 따라서 닫힌 계 내부에서 내부 에너지가 변하는 것은 이 에너지가 일 또는 열로 전달되었다는 것이다. 그러나 고립계에서는 내부와 외부사이의 접촉이 불가능하므로 열과 일을 전달하지 못하게 되므로 내부에너지는 변할 수 없다. 따라서 열역학 제 1법칙은 고립 을 시료의 질량으로 나눈 비열용량, 즉 비열은 C{}_{s}=C/m으로 나타낸다. 몰 열용량은 열용량을 시료의 몰 수로 나눈 것으로 C{}_{m}=C/n으로 나타낸다. 이를 이용하여 q=C DELTAT를 q=mC{}_{s} DELTAT=nC{}_{m} DELTAT로 나타낼 수 있다. 여기서 m은 시료의 질량을 의미하고 n은 시료의 몰 수를 의미한다. 따라서 본 실험에서는 q=mC{}_{s} DELTAT 식을 이용하여 열의 양을 측정할 것이며 각 수용액과 비커로 이루어져 있는 열량계에 흡수되는 열의 양을 모두 측정하기 위해 다음과 같은 식을 사용할 예정이다.q = [(rm c _{물} ` TIMES `m _{수용액}) + (rm c _{비커} ` TIMES `m _{비커})] × DELTAT2) 실험 과정[실험 1. 중화 반응]1. ΔH1의 측정① 250mL 비커를 준비하고 물기와 이물질을 모두 제거한 후 0.1g 단위까지 무게를 최대한 정확하게 측정한다.② 비커와 크기가 맞는 스티로폼 컵을 준비하여 단열이 되도록 한다.③ 1M HCl 용액 100mL을 넣은 후에 0.1℃까지 온도를 정확하게 측정한다. 후에 NaOH 4.00g을 넣어 흔들어 준다. 이때 미리 weighing paper의 무게를 재고 한꺼번에 넣는다.④ 온도가 가장 높을 때를 관찰하여 기록한 후 시간이 지난 후에 비커의 최종 무게를 측정한다.2. ΔH2의 측정① 1. 의 3)의 과정에서 1M HCl 용액 대신 증류수 100mL을 넣고 반복한다.3. ΔH3의 측정① 1에서와 마찬가지로 깨끗한 비커의 무게를 측정한다.② 비커와 크기가 맞는 스티로폼 컵을 준비하여 단열이 되도록 한다.③ 2M HCl 용액 100mL을 넣고 0.1℃까지 온도를 측정한다.④ 메스실린더에 2M NaOH 용액 50mL을 넣고 HCl 용액의 온도와 같은지 확인한다.⑤ NaOH 용액을 재빨리 HCl 용액에 넣고 온도가 가장 높을 때를 관찰하여 기록한 후 시간이 지난 후에 비커의 최종 무게를 측정한다.[실험 2. MgO의 0g} over {39.997g/mol} = 0.10mol이다.그러므로 {6.37kJ} over {0.10mol} = 63.7 kJ/mol이다.이 반응에서는 열의 방출이 일어났으므로 엔탈피 차이값은 음수가 되어야 한다. 따라서 DELTA H _{1}= -63.7 kJ/mol 이다.2) DELTA H _{2}값 구하기NaOH(s) ? Na{}^{+}(aq) + OH{}^{-}(aq)반응에서의 반응 엔탈피 DELTA H _{2} 또한 위와 같은 방식으로 측정할 수 있다. m _{ 수용액} = 205.1g ? 100.8g = 104.3g,rm m _{비커} = 100.8g, DELTAT = 7.5Kq = [(rm c _{물} ` TIMES `m _{수용액}) + (rm c _{비커} ` TIMES `m _{비커})]= [(4.18J/gK × 104.3g) + (0.85J/gK × 100.8g)] × 7.5K= 3.91 kJ 이다.반응에서 사용된 NaOH의 몰 수는 {4.0g} over {39.997g/mol} = 0.10mol이며 열의 방출이 일어난 것이기 때문에 DELTA H _{2} = - {3.91`kJ} over {0.10`mol} = -39.1 kJ/mol이다.3) DELTA H _{3}값 구하기Na{}^{+}(aq) + OH{}^{-}(aq) + H{}^{+}(aq) + Cl{}^{-}(aq) ? Na{}^{+}(aq) + Cl{}^{-}(aq) + H{}_{2}O(l) 반응에서 m _{ 수용액} = 201.0g ? 101.6g = 99.4g,rm m _{비커} = 101.6g, DELTAT = 5.5Kq = [(rm c _{물} ` TIMES `m _{수용액}) + (rm c _{비커} ` TIMES `m _{비커})]= [(4.18J/gK × 99.4g) + (0.85J/gK × 101.6g)] × 5.5K= 2.76kJ이다.이 반응에서는 HCl용액을 NaOH용액으로 적정한 실험인데, 여기에서 사용된 NaOH는 2M 50mL이므로{2}O(l)반응에서의 반응 엔탈피 DELTA H _{2} 또한 위와 같은 방식으로 측정할 수 있다. m _{ 수용액} = 202.0g ? 100.8g = 101.2g,rm m _{비커} = 100.8g, DELTAT = 7.3Kq = [(rm c _{물} ` TIMES `m _{수용액}) + (rm c _{비커} ` TIMES `m _{비커})]= [(4.18J/gK × 101.2g) + (0.85J/gK × 100.8g)] × 7.3K= 3.71 kJ 이다.이 반응에서 사용된 MgO는 1.0g이다. MgO의 분자량은 40.3044g/mol이므로 MgO의 몰 수는rm {1.0g} over {40.3044g/mol} = 0.025mol이다.따라서 DELTA H _{2} = -rm {3.71kJ} over {0.025mol} = -148 kJ/mol이다.3) 헤스의 법칙 증명경로 2의 ②에서 H{}_{2}O(l)의 표준 생성 엔탈피 값rm DELTA H _{(H _{2} O(l))}^{CIRC }은 ?285.83kJ/mol이므로, 이를 이용하여 헤스의 법칙을 사용하면 MgO의 표준 생성 엔탈피를 계산할 수 있다. DELTA H _{1}-361 kJ/mol DELTA H _{2}-148 kJ/molrm DELTA H _{(H _{2} O(l))}^{CIRC }?285.83kJ/molrm DELTA H + DELTA H _{2} = DELTA H _{1} +rm DELTA H _{(H _{2} O(l))}^{CIRC } 가 성립되어야 하므로rm DELTA H (MgO의 표준 생성 엔탈피) = DELTA H _{1} +rm DELTA H _{(H _{2} O(l))}^{CIRC } - DELTA H _{2} = -498.83kJ/mol이다.그러나 실제 이론상으로 MgO의 표준 생성 엔탈피는 = -601.7kJ/mol이므로 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 따라서 본 실험의 오차율은 약 17.1%이다.4. Discussion1) 실험 결과[실험 1. 중에서는 실험값과 이론값에 굉장히 큰 차이가 관찰되었다. 실험과정에서 질량을 측정하거나 온도변화를 측정하는 과정에서 오차가 발생할 수 있기 때문에 이를 잘 보완하여 재 실험을 한다면 헤스의 법칙이 성립됨을 더욱 명확하게 관측할 수 있을 것이다.3) 오차 분석① 열손실실험 영상에서도 볼 수 있듯이 영상 촬영을 위해 시료를 비커에 넣고 나서 뚜껑을 한동안 닫지 않았다. 시료를 넣는 순간 화학 반응이 일어나기 때문에 잠깐 동안 열이 외부로 빠져나가 열손실이 발생하였을 것이다. 또한 스티로폼 재질로 된 열량계로 실험을 진행하였기 때문에 스티로폼에 구멍이 나있을 경우 제대로 된 단열이 이루어지지 않았을 가능성 또한 존재한다. 그렇기 때문에 실험값이 이론값보다 작게 측정되었음을 예측해볼 수 있다. 이러한 열의 손실을 줄이기 위해서는 비커안에 시료를 넣었을 때 발생하는 열의 손실을 최소화 해야 하므로 열량계의 뚜껑을 빠르게 닫아야 하고, 최대 온도를 정확하게 측정하여야 한다.② NaOH의 조해성오차를 유발하는 원인으로 수산화 나트륨이 있다. 우선 수산화 나트륨은 고체 상태에서 조해성이 있기 때문에 공기 중에 노출되면 수분을 흡수한다. 그렇기 때문에 거름종이를 깔고 저울로 NaOH의 무게를 측정한 사이에 수분을 흡수하여 무게값에 차이를 주기도 하며, 뿐만 아니라 거름종이에 달라붙어 떨어지지 못한 NaOH가 존재할 수 있다. 그렇기 때문에 이론상으로 4g이지만 실제로는 4g보다 적은 양이 실험에 이용되었을 가능성이 존재한다. 이러한 실험 값의 오차를 줄이기 위해서는 NaOH의 공기와의 접촉 시간을 최소화하도록 재빠르게 옮기거나, 거름종이로 측정한 후에 비커로 옮기는 과정에서 거름종이를 물로 씻겨내리면서 거름종이에 붙어있는 NaOH를 모두 비커에 옮겨 담을 수 있도록 해야 한다.③ 비열 값의 오류주어진 비열의 값은 순수한 물에 해당하는 비열 값과, 비커의 값을 모든 실험에서 통일하여 사용하였다. 그러나 우리가 실험에 사용한 시료는 순수한 물의 온도변화를 측정한 것이 아니라 여러

자연과학| 2022.12.28| 2페이지| 2,000원| 조회(381)

화학실험, 서울대학교, 헤스의 법칙, A+, A

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[서울대학교 화학실험 A+] 이산화탄소의 분자량

서울대학교 화학실험이산화탄소의 분자량 측정 실험1. Abstract(1) 실험 목적드라이아이스를 이용하여 플라스크 내에 CO{}_{2}기체로 가득 차게 만듦으로써 1기압의 이산화탄소 기체를 만든다. 플라스크 내부에 채워져 있는 CO{}_{2}기체의 질량, 플라스크의 부피를 알아낸 후 이상기체 방정식에 대입하여 이산화탄소의 분자량을 구한다. 실제 공기의 밀도와 비교하여 CO{}_{2} 분자량을 결정한 후 실제 이론상의 분자량 값과 비교해본다.타이곤 튜브에 드라이아이스를 넣어 압력과 온도에 변화를 주며 이산화탄소의 상변화를 관찰한다. 이를 통해 CO{}_{2}의 상변화 그래프를 이해하고 온도와 압력의 변화에 따라 변하는 CO{}_{2}상태에 대하여 이해한다.(2) 실험 요약실험 1에서는 이산화탄소 분자량을 측정한다. 분자량을 측정하는 과정에서 사용되는 식은 이상기체 상태 방정식이다. 그러나 실제로는 존재하지 않는 이상기체를 대상으로 한 식이므로 오차를 보정한 반데르발스 식을 이용하여 오차의 차이를 비교해본다. 분자량을 구하기 위해서는 기본적으로 기체상수 값과 온도, 압력 그리고 이산화탄소의 질량을 알아야 한다. 여기서 가장 중요하게 측정해야 할 것이 ‘이산화탄소의 질량’이다. 상온에서 기체로 존재하는 이산화탄소는 따로 무게를 측정하기 어려우므로 (플라스크+이산화탄소+유리판)의 무게에서 플라스크의 무게와 유리판의 무게를 빼 이산화탄소의 질량을 측정한다. 분자량 측정 실험을 통해 큰 플라스크에서 측정한 이산화탄소의 분자량은 41.9g/mol이 나온다. 작은 플라스크에서 측정한 이산화탄소의 분자량은 44.2g/mol이 나온다. 오차율이 크진 않으나 반데르발스 식으로 재측정하자 오차가 약간 줄어드는 것을 발견할 수 있었다. 여전히 존재하는 오차율에 대해서는 오차 분석을 철저히 하고자 한다.실험 2에서는 타이곤 튜브에 드라이아이스를 넣어 상태 변화를 관찰하는 실험이다. 타이곤 튜브에 넣고 외부 공기와의 접촉을 차단해주면 계속해서 승화하는 드라이아이스로 인해 내부 압력이 높체의 몰 수에 비례한다는 의미이다.{V} over {n} =k(k는 일정한 값, 상수) 이처럼 나타낼 수 있다. 여기서 V는 기체의 부피를 의미하고, n은 용기 내 기체의 몰 수를 의미한다.② 보일의 법칙보일의 법칙은 용기의 부피가 감소하게 되면 용기 내부의 기체 압력이 증가하게 된다는 법칙이다. 현대적 정의는 온도와 기체량이 일정한 닫힌계에서 일정한 질량을 가진 이상기체가 가하는 절대 압력은 그 기체가 차지하고 있는 부피에 반비례한다고 정의했다. 즉PV=k(k는 일정한 값, 상수)라고 나타낼 수 있다. P는 용기 내 기체의 압력이고 V는 기체의 부피를 의미한다.③ 샤를의 법칙샤를의 법칙은 이상기체의 압력이 일정할 때 온도가 증가하게 되면 용기 내의 기체의 부피도 증가하게 된다는 법칙이다. 따라서 온도가 올라감에 따라 기체의 팽창이 어떻게 이루어지는지를 설명하는 법칙이다.{V} over {T} =k(k는 일정한 값, 상수) 이처럼 나타낼 수 있다. 여기서 V은 기체의 부피이고 T는 기체의 열역학적인 온도를 의미한다.④ 이상기체 상태 방정식이상기체 법칙은 이상기체를 다루는 상태방정식을 의미한다. 기체 분자 운동론을 기본으로 하여 보일의 법칙과 샤를의 법칙, 그리고 아보가드로 법칙을 포함하고 있다. 이상기체 상태 방정식은 다음과 같다.PV=nRT 이 방정식은 이상기체를 기준으로 하므로 실제 기체와는 어긋나는 현상을 보일 때도 있다. 이러한 오차를 보정하기 위해 반데르 발스 방정식을 이용해 실제 기체와 비슷한 값을 구할 수 있다.(3) 이산화탄소의 특성이산화탄소는 상온에서 무색 기체로 존재하며 약간의 신맛이 난다고 알려져 있다. 0 °C, 1atm에서 밀도는 1.976g/L이다. 삼중점은 -56.6 °C/5.11atm이며, 승화 점은 -78.50°C이다. 임계 온도는 31.0 °C이며, 임계 압력은 72.80atm이다. 이산화탄소는 물에 녹아서 탄산을 생성해 약간 산성을 띤다. 또한 분자의 형태는 직선형이며 고체 상태에서 분자성 결정의 형태로 존재한다는 특징을 가지 이산화탄소의 퍼센트 값과 분자량을 이용해 공기의 분자량을 구해본다. N{}_{2}의 분자량은 28.01g/mol, O{}_{2}의 분자량은 31.99g/mol, Ar의 분자량은 39.95g/mol, CO{}_{2}의 분자량은 약 44.01g/mol이다. 따라서 공기의 분자량을 구해주면 (28.01g/mol × 0.7808) + (31.99g/mol × 0.2094) + (39.95g/mol × 0.009300) + (44.01g/mol × 0.0004000) = 28.96g/mol이다.여기서 이상기체 방정식PV=nRT를 이용하여 플라스크에 담겨있던 공기의 무게를 알아낼 수 있다. 이상기체 방정식을 이용해 질량을 구하는 식으로 만들면w= {MPV} over {RT}이다. 여기서 압력은 1atm이고, V는 플라스크의 부피이므로 0.295L, 그리고 R은 기체상수이므로 8.20547×10{}^{-2}L*atm/mol*K이다. 또한 온도 T는 실내온도가 25℃라고 가정하여 T=25 + 273.15 = 298.15K라고 볼 수 있다. 따라서 큰 플라스크에 들어있던 공기의 무게를 구하면{28.96g/mol TIMES 1.00atm TIMES 0.295L} over {8.20547 TIMES 10 ^{-2} L*atm/mol*K`` TIMES `298.15K} = 0.349g이다. 작은 플라스크에 들어있던 공기의 무게를 구하면{28.96g/mol TIMES 1.00atm TIMES 0.117L} over {8.20547 TIMES 10 ^{-2} L*atm/mol*K`` TIMES `298.15K}=0.138g이 나온다.② 이상기체 방정식을 이용한 이산화탄소의 분자량 측정큰 플라스크에 담겨있는 CO{}_{2}의 무게는 (플라스크 + 유리판 + CO{}_{2} 무게) - (플라스크 무게) - (유리판의 무게) = 127.309g ? 115.26g ? 11.499g = 0.55000g이 나온다. 작은 플라스크에 담겨있는 CO{}_{2}의 무게 또한 같은 방식으로 구할 수 있.9g/mol이 나온다.그다음으로 작은 플라스크로 측정한 실험값을 이용해 이산화탄소의 분자량을 구해본다. w=0.23000, R은 위의 값과 같다. T= 0.8 + 273.15 = 273.95K, V= 0.117L, P=1atm이다. 따라서 계산식에 넣어보면M= {0.23000g TIMES 8.20547 TIMES 10 ^{-2} L*atm/mol*K` TIMES `273.95K} over {1atm TIMES 0.117L} = 44.2g/mol이 나온다.이론적인 CO{}_{2}분자량 값은 44.01g/mol이므로 큰 플라스크에서 측정한 분자량 값의 오차율은 약 4.79%이고, 작은 플라스크에서 측정한 분자량 값의 오차율은 0.43%이다.③ 반데르발스 방정식을 이용한 이산화탄소의 분자량 측정이상기체 방정식은 실제로는 존재하지 않는 이상기체에 대한 방정식이므로 실제 값과 차이가 있을 수 있다. 그러므로 그 오차를 보정하여 실제 기체와 비슷한 값이 나오도록 만들어낸 식이 반데르발스 방정식이다. 반데르발스 방정식은 다음과 같다.P= {RT} over {V-b} - {a} over {V ^{2}}이 방정식을 계산하기 쉽도록 바꾸어 보면(P```+` {a} over {V ^{2}} )(V``-``b)=RT으로 바꿀 수 있다. 여기서 V는 몰당 값을 의미한다. 이 식에 대입하여 큰 플라스크와 작은 플라스크의 이산화탄소 분자량을 구하고, 이상기체 방정식을 이용해 구한 값과 어떠한 차이가 있는지 알아본다. 이산화탄소의 a 값은 3.61atm*L{}^{2}/mol{}^{2}이고 이산화탄소의 b 값은 0.0429atm*L/mol이다.우선 플라스크 무게를 쟀을 때 포함되었을 공기의 무게도 다시 측정해야 한다. 공기의 a 값은 0.1358, b 값은 3큰 플라스크에서 측정한 실험값을 이용하여 계산하면(1atm`+` {3.61atm*L ^{2} /mol ^{2} TIMES n ^{2}} over {0.295L ^{2}} )(0.295L-0.0429L/mol TIMES n)#=`8.2과 오차율이 크게 다르진 않으나, 반데르 발스 방정식을 이용했을 때의 오차율이 더 작게 나온다는 것을 알 수 있다.[실험 2] 이산화탄소의 상태 변화 관찰에서는 드라이아이스를 타이곤 튜브에 넣었을 때라고 생각할 수 있다. 실험 영상에서 드라이아이스의 승화는 일어났으나 액화가 일어나지 않은 상태이다. 계속해서 승화가 일어나고 있으므로 타이곤 튜브에 드라이아이스를 넣고 외부 공기와 차단해주면 압력이 증가하게 된다.고체인 드라이아이스와 기체인 이산화탄소가 공존하는 환경에서, 지속적인 승화로 인해 곡선을 따라 점점 올라간다. 그리고 삼중점에 도달하게 되는 순간 액화가 함께 일어나 우리 눈으로 액체 이산화탄소를 관찰할 수 있다.드라이아이스의 승화가 끝난 상태이고, 액체 이산화탄소와 기체 이산화탄소가 공존한다. 여기서 온도는 계속해서 증가하므로 압력도 점점 증가하며 액체와 기체가 공존하는 상태를 유지한다.그리고 타이곤 튜브의 밸브를 열어주면 갑자기 압력이 낮아지므로 다시 기체 상태의 이산화탄소로 돌아오게 되는 것을 관찰할 수 있다.4. Discussion실험1에서 큰 플라스크에서 구한 이산화탄소의 값은 41.9g/mol이고, 작은 플라스크에서 구한 이산화탄소의 분자량은 44.2g/mol이다. 큰 플라스크에서 구한 값은 이론적인 값보다 작은 값이 나왔고, 작은 플라스크에서 구한 값은 실제 이산화탄소 분자량 값보다 크게 측정되었다. 반데르 발스 식으로 계산했을 때도 여전히 오차는 존재하기 때문에 실험 과정에서 생긴 오차로 간주하고 이를 분석해보고자 한다.1) 분자량이 크게 측정된 경우플라스크에 물을 채워 메스실린더로 플라스크의 부피를 측정하였을 때, 물을 옮기는 과정에서 소량의 물이 손실되었을 경우, 실제 플라스크의 부피보다 작게 측정되기 때문에 계산하는 과정에서 분자량이 더 크게 측정되었을 수 있다. 이러한 오차를 줄이려면 옮기는 과정에 물이 손실되지 않도록 최대한 정확하게 물을 채워 바로 메스실린더에 옮겨야 한다.또한, 드라이아이스가 승화하게 되면 플라스크의 바깥쪽에 물띠는가?

자연과학| 2022.12.28| 9페이지| 2,000원| 조회(359)

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[서울대학교 화학실험 A+] 색소분리와 흡광분석 평가A+최고예요

서울대학교 화학실험색소의 분리와 흡광 분석1. Abstract본 실험에서는 역상 크로마토그래피 기법을 이용하여 색소를 분리한 후 흡광분석 실험을 진행하였다. 식용색소 B와 Y의 농도를 각각 1/4, 2/4, 3/4, 4/4로 희석한 용액의 흡광도 그래프를 보고 최대 흡광 파장을 알아낸 후 추세선을 작성하면 미지 농도의 시료에서 최대 흡광도를 알아내면 미지 농도 시료의 몰 농도를 구할 수 있는 것이다. 따라서 식용 색소 B와 Y를 미지의 비율로 섞은 M1~M4 혼합 색소의 혼합 비율을 이와 같은 방식으로 구할 수 있었다. 따라서 M1은 B : Y의 비율이 약 1 : 6 , M2는 약 1 : 5, M3은 약 1 : 7, M4는 약 3 : 16의 비율로 혼합되어 있음을 알아낼 수 있었다.2. Introduction1) 실험의 배경이 실험에서는 세 가지의 색소를 역상 크로마토그래피로 분리하고 흡광 분석을 한다. ‘분리’와 ‘분석’은 화학에서 매우 중요한 부분인데, 원자의 재배열이 일어났을 때의 화학적 변화를 관찰하는 것이 바로 ‘화학’이기 때문이다. 화학적 변화를 조사하려면 각각 반응물질과 생성물질들을 분석하게 되는데, 정확한 분석을 위해서는 순수한 그 물질만을 분석해야 하므로 분리과정을 거쳐야 한다. 이 때 다양한 구조를 가지고 있는 화합물들은 분리가 어렵기 때문에 각 화합물들의 특성을 파악하고 이 특성을 이용해 가장 잘 분리해낼 수 있는 방법을 찾아 순수한 물질만을 분리해야 한다.분리를 하는 과정에 가장 중요하게 쓰이는 것이 크로마토 그래피이다. 크로마토 그래피에서는 고정상과 이동상이 있는데, 여기서 극성 물질끼리 잘 섞이고 비극성 물질끼리 잘 섞인다는 특성을 이용함으로써 고정상과 이동상의 극성을 조절해 물질을 분리해낼 수 있다.2) 실험의 목적본 실험의 궁극적인 목표는 역상 크로마토그래피 기법과 분광 광도계를 이용하여 식용 색소를 분리한 후 흡광분석을 하는 것이다.두 가지 식용 색소와 두 식용 색소가 미지의 비율로 섞인 색소, 총 3가지 색소를 역상 크로마토그래을 학습할 수 있다.3. Theory1) 크로마토그래피크로마토그래피에는 정상 크로마토그래피와 역상 크로마토그래피가 있다. 크로마토그래피는 극성 물질끼리 잘 섞이고, 비극성 물질끼리 잘 섞인다는 원리를 이용해 물질을 분리해내는 기법이다. 그러므로 고정상과 이동상의 극성에 차이를 두었을 때 극성이 서로 다른 물질 사이에 분리가 이루어지게 되는 것이다. 정상 크로마토 그래피는 정지상으로 극성이 높은 물질들을 사용하고, 이동상으로는 극성이 낮은 유기 용매를 사용하는 경우를 말한다. 역상 크로마토그래피의 경우에는 이와 반대로 고정상으로는 극성이 낮은 물질, 이동상으로는 극성이 높은 물질을 사용한다. 본 실험에서 분리 대상인 청색 색소와 황색 색소 중 청색 색소가 황색 색소보다 극성이 낮다. 따라서 비극성 물질인 정지상으로 채워진 카트리지에 물에 녹인 색소를 흘려보내주면 극성이 높은 황색 색소는 극성 물질끼리 섞여 물과 함께 흘러나오게 된다. 반면 극성이 낮은 청색 색소는 비극성 물질끼리 섞이므로 정지상 물질과 강하게 상호작용 하므로 카트리지에 남게 되는 것이다. 황색 색소가 흘러나간 이후에 비극성 물질인 메탄올이나에탄올을 섞은 물을 흘리게 되면 극성이 낮은 청색 색소가 섞여 빠져나오게 된다.2) 흡광 분석빛은 일반적으로 물체에 닿았을 때 물체의 표면에서 반사되는 경우도 있고, 물체에 흡수되거나 물체를 투과하는 파장의 빛이 있다. 이렇게 물체에 흡수되는 빛의 양은 물체가 액체인 경우에는 그 용액의 농도에 따라 다르게 된다. 그렇기 때문에 빛이 흡수되는 현상을 이용하게 되면 시료 용액 속의 화학물질의 양을 정량할 수 있게 된다.3) Beer-Lambert LawBeer-Lambert 법칙은 Beer 법칙과 Lambert 법칙에서 얻어진 관계식이다. 우선 Lambert 법칙은 빛이 흡수되는 과정에서 흡수된 빛의 양은 흡수되는 물질의 층 두께에 비례한다는 법칙이다. 두께가 b정도 되는 물질을 통과하는 빛의 세기가 I일 때, 빛의 흡수로 인한 투과 빛의 감소는 dI = -kId바와 같이 흡광도 값과 몰 농도 사이의 관계를 파악할 수 있다.A = εbCBeer-Lambert Law는 이러한 관계식으로 정의할 수 있다. 여기서 A는 흡광도를 의미하는데, 흡광도란 빛이 액체를 통해 투과되는 과정에서 흡수된 빛의 세기를 의미한다. ε은 몰흡수계수라고 부르며 단위는 L/mol*cm이다. 이는 물질이 얼마나 많은 양의 빛을 흡수하는지에 대한 정도를 나타낸 것이다. b는 위에서 말한 바와 같이 흡수되는 물질의 두께를 의미하며 단위는 cm이다. C는 농도이고 단위는 mol/L이다.4) 회수율(recovery rate)회수율은 실수율이라고도 부르며 반응 후에 생성물에 대한 반응물의 비율을 말한다. 본 실험에서 흡광분석을 하였을 때, 색소를 분리하기 전의 용액의 몰 수를 분리한 후 색소의 몰 수로 나누어준 후 100을 곱한 값이 회수율이 된다.4. Result & Discussion1) B 식용 색소와 Y 식용 색소의 몰 흡광계수 측정▲ B 식용색소의 흡광 분석 그래프▲ Y 식용색소의 흡광 분석 그래프용액 묽힌 정도최대 흡수 파장(nm)AbsorbanceB 식용 색소 용액B 1/4629.14801030.381421506B 2/4629.14801030.763054431B 3/4629.14801031.143224001B 4/4629.14801031.524306417Y 식용 색소 용액Y 1/4481.04400630.244463712Y 2/4481.52801510.499297202Y 3/4482.01199340.732625902Y 4/4481.04400630.994636536푸른 빛을 띠는 B 식용 색소는 629.1480103nm의 파장에서 최대 흡광도를 보였으며 농도에 따라 흡광도의 값도 변하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 노란 빛을 띠는 Y 식용 색소의 경우에는 약 481.4070053nm 쯤에서 최대 흡광도를 보였다. 이 값들을 이용해 그래프를 그리고 추세선을 작성하여 몰농도와 흡광도의 관계를 파악할 수 있다.Y의 분자량은 452.4이고 B의 분자량0{}^{-6}6.794×10{}^{-6}10.19×10{}^{-6}13.59×10{}^{-6}Y 식용 색소1/42/43/44/4몰 농도(M)12.81×10{}^{-6}25.62×10{}^{-6}38.44×10{}^{-6}51.25×10{}^{-6}Y 식용 색소를 1/4로 희석했을 때의 농도가 5.797mg/L이므로 이를 몰농도로 환산시켜 5.797×10{}^{-3} ÷ 452.4mol/L = 12.81×10{}^{-6}M이다. 이와 같은 방법으로 몰농도로 바꿔주면 다음과 같다.▲ Y 식용색소의 흡광 분석 그래프B 식용 색소와 Y 식용 색소의 농도에 따른 흡광도 그래프를 그려보면 이와 같다. 이 그래프에서 보면 용액의 농도가 커질수록 흡광도도 커지고 있으므로 농도와 흡광도가 비례관계에 있음을 생각할 수 있다. 농도 값들을 몰 농도로 변환시킨 후 각각의 그래프에 대하여 추세선을 그렸을 때, 629.148nm에서 최대 흡광도를 보인 B 식용 색소의 경우엔 y = 112097x + 0.001이었다. 약 481.407nm에서 최대 흡광도를 보인 Y 식용 색소의 경우에는 y = 19384x - 0.0031의 추세선 식을 구할 수 있다.▲ M 혼합 색소(B + Y)의 흡광 분석 그래프혼합 용액최대 흡광 파장 (nm)AbsorbanceM1peak B629.6320190.455488682peak Y482.49600220.481063157M2peak B629.14801030.661210597peak Y482.49600220.537222207M3peak B629.14801030.533614457peak Y482.01199340.626078248M4peak B629.14801030.676569641peak Y482.49600220.622403741B 식용 색소와 Y 식용 색소를 혼합 한 M 혼합 색소를 흡광 분석 하였을 때 두 개의 peak를 관찰할 수 있다. 480nm대의 파장은 Y 식용 색소로 인해 흡수되는 빛의 파장대이고, 620nm대의 파장은 B 식용 색소로 인해 흡수되는 식용 색소0.661210597= 112097x + 0.001,x = 5.590×10{}^{-6}1 : 5Y 식용 색소0.537222207= 19384x - 0.0031x = 27.87×10{}^{-6}M3B 식용 색소0.533614457= 112097x + 0.001x = 4.751×10{}^{-6}1 : 7Y 식용 색소0.626078248= 19384x - 0.0031x = 32.46×10{}^{-6}M4B 식용 색소0.676569641= 112097x + 0.001x = 6.027×10{}^{-6}3 : 16Y 식용 색소0.622403741= 19384x - 0.0031x = 32.27×10{}^{-6}따라서 B와 Y 식용 색소가 미지의 비율로 섞인 M1~M4 혼합 용액의 혼합 비율을 이와 같이 추세선 식과 흡광도 공식으로 알아낼 수 있다.5. Conclusion우선 Result & Discussion에서 보았듯이 식용 색소 B와 Y의 추세선을 작성하였을 때 몰농도가 증가할수록 흡광도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 즉 용액의 농도가 짙어질수록 그만큼 흡수되는 빛의 양도 증가한다는 의미이다. 이는 Beer-Lambert law에서도 마찬가지로 농도와 흡광도 값이 서로 관련있음을 알 수 있다.6. Assignment1) calibration에 대해 더 풀어서 각종 참고자료를 이용해 4줄 정도로 간단하게 요약 설명해보세요.calibration이란 분석하기 전에 교정하는 과정으로, 측정하는 장비를 신뢰할 수 있는지 알기 위해 검증하는 과정으로, 장비가 나타내는 값이 참인지를 공인된 표준과 비교하는 것이다. BIPM에 의한 교정의 정의는 지정된 조건 하에서 실시했을 때 첫 번째 단계에서는 표준 값에 의해 제공되는 불확실성과 측정 수량 값 사이의 관계를 설정하는 작업이다. 두 번째 단계에서는 이 정보를 이용하여 측정결과를 얻기 위한 관계를 설정하는 작업을 calibration이라고 한다.2) 아래의 그림과 같은 Beer’s law를 참고해서 시료의 흡광도가 주어진.

자연과학| 2022.12.26| 9페이지| 2,000원| 조회(298)

화학실험, 서울대학교, A+, 색소분리, 홉광분석

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[서울대학교 화학실험 A+] 아이오딘 적정에 의한 비타민C 분석 레포트 평가A+최고예요

서울대학교 화학실험아이오딘 적정에 의한 비타민C 분석1. Abstract본 실험에서는 아이오딘 용액으로 아스코르브산 용액을 적정함으로써 농도를 모르는 비타민 C 용액의 농도를 측정하고, 가열하기 전과 후의 적정된 용액의 양을 비교하여 아스코르브산에 미치는 열의 영향을 파악해본다.실험1에서 아스코르브산 용액을 적정해보며 분자량을 계산해보았을 때 실제 이론값보다 큰 186g/mol로 계산되었다. 이를 이용하여 적정의 신뢰도를 유추해볼 수 있다. 실험 2에서는 농도를 알고있는 아이오딘 용액을 이용하여 비타민 C 드링크의 농도가 1.12×10{}^{-2}M임을 알아냈다. 실험 3에서는 실험1과 2에서 이용했던 아스코르브산 용액과 비타민 C 드링크를 20분간 가열하여 열파괴가 된 비율을 비교하였다. 아스코르브산 용액의 경우 가열했을 때 기존의 용액보다 15.2%가 파괴되었음을 계산할 수 있었고, 비타민 C 드링크는 가열한 후에 기존의 용액보다 약 5.08%가 파괴되었음을 알 수 있었다. 본 실험을 통해 온도가 아스코르브산에 영향을 미친다는 결론을 내릴 수 있었다.2. Introduction(1) 아스코르브산과 아이오딘 용액의 산화 환원 적정농도를 알고있는 물질의 용액 X로 미지 농도의 물질 용액 Y를 적정함으로서 반응을 완결시킨 후, 반응에 사용된 물질 X의 양을 파악하여 Y의 농도를 알아내는 방법을 적정이라고 한다. 본 실험에서는 아스코르브산(비타민C)을 과량의 KI존재 하에서 표준 물질 KIO{}_{3}로 적정할 것이다. 우선 다음 식과 같이 IO{}_{3} ^{-} 이온을 아이오딘화 이온으로 산화시켜서 I{}_{2}로 만든다.rm IO _{3}^{-} ``+``5I ^{-} ``+``6H ^{+} ` rarrow `3I _{2} ``+`3H _{2} O이와 같은 식을 보면 IO{}_{3} ^{-}과 I{}_{2}은 1:3의 반응비로 반응이 이루어짐을 알 수 있다. 이점에 유의해야 하며, 이렇게 만들어진 I{}_{2}가 아스코르브산을 산화시킨다.I{}_{2}는 녹말한다.⑤ 뷰렛의 눈금을 읽어 들어간 적정 용액의 양을 측정한다.[실험 2. 비타민 C 드링크의 아스코르브산 분석]① 시판중인 비타민C 드링크 10mL를 증류수를 이용하여 10배 묽힌다.② 100mL의 삼각 플라스크에 20mL정도를 옮긴다.③ 위와 같이 지시약 역할을 하는 1% 녹말 용액을 열 번 정도 넣은 후에 아이오딘 용액으로 적정한다.④ 뷰렛의 눈금을 확인하여 들어간 적정 용액이 양을 측정한다.[실험 3. 아스코르브산의 열파괴]① 실험 시작 전에 미리 열 교반기를 이용하여 실험1과 실험2에서 사용했던 동일한 용액의 온도를 뜨겁게 만든다.② 약 10mL씩 삼각플라스크에 옮겨 녹말 용액을 첨가한 후 아이오딘 용액으로 실험 1, 실험2와 동일한 과정을 거쳐 적정한다.4. Result 실험 결과의 정리실험 1분자량214.001g/ml186g/molKIO3아스코르브산 용액질량0.153g0.10g용매 부피250mL100mL몰농도 (M)2.86×10^-3M5.35×10^-3M실험 2비타민 C 미지 농도의 용액부피(아이오딘 용액)26.22mL몰농도 (M)1.12×10^-2M용액 10ml 속 아스코르브산 질량0.118g실험 3열파괴 된 아스코르브산 용액열파괴 미지 용액부피(아이오딘 용액)5.31mL12.41mL몰농도 (M)4.55×10^-7M3.18×10^-6M파괴된 아스코르브산 비율15.20%5.08%[실험 전 제조한 시약 정보]시약아이오딘 용액아스코르브산 용액KIO{}_{3}의 질량 (g)0.153아스코르브산 의 질량 (g)0.10총 부피 (L)250총 부피 (L)100몰 수 (mol)7.15 × 10{}^{-4}mol몰 농도 (M)2.86×10{}^{-3}M아이오딘 용액은 KIO{}_{3}가 약 0.153g이 들어갔으므로 이론상 분자량 값인 214.001g/mol을 이용하여 n{}_{(KIO _{3} )} = {0.153g} over {214.001g/mol} = 7.15 × 10{}^{-4}mol임을 알 수 있다. 그러므로 아이오딘용액에 존재하는 IO{}_{3} 이용해 비타민 음료 속의 아스코르브산의 몰 수를 찾아내고자 하는 것이 본 실험의 목적이다.농도를 모르는 비타민 음료 20mL와 물 40mL를 섞어 희석한다. 희석한 용액 20mL를 아이오딘 용액으로 적정하는 과정에서, 반응식rm IO _{3}^{-} `+`5I ^{-} `+`6H ^{+} rarrow `3I _{2} `+3H _{2} O를 보면 생성된 I{}_{2}의 몰 수 : 소모된 IO{}_{3} ^{-} = 3 : 1 이므로 다음과 같이 이야기 해 볼 수 있다.- 표준 용액인 아이오딘 용액 속 I{}_{2}의 몰 수 nrm _{(I _{2} )} = {0.153g} over {214.001g/mol} × 3 = 2.14 × 10{}^{-3}mol- 아이오딘 용액 속 I{}_{2}의 몰 농도 = {2.14 TIMES 10 ^{-3} mol} over {250 TIMES 10 ^{-3} L} = 8.56 × 10{}^{-3}M따라서 I{}_{2} 용액과 비타민 음료 사이에는 nrm _{(I _{2} )}Mrm _{(I _{2} )}Vrm _{(I _{2} )}=nrm _{(ascorbic``acid)}Mrm _{(ascorbic``acid)}Vrm _{(ascorbic``acid)} 법칙이 성립하게 되는데, 여기에서 nrm _{(I _{2} )}=nrm _{(ascorbic``acid)} 이기 때문에Mrm _{(I _{2} )}Vrm _{(I _{2} )}=Mrm _{(ascorbic``acid)}Vrm _{(ascorbic``acid)} 임을 알 수 있다.본 실험의 목적은 미지 농도의 비타민 드링크의 ascorbic acid를 분석하는 것이므로 우선적으로 비타민 드링크의 ascorbic acid의 몰 농도를 알아내야 한다.Mrm _{(ascorbic``acid)}=rm {M _{(I _{2} )} V _{(I _{2} )}} over {V _{(Ascorbic`acid)}}=rm {(8.56 TIMES 10 ^{-3} M`) TIMES (26.22 T-5}mol이며, 이는 적정된 아스코르브산의 몰 수와 같다고 볼 수 있다.따라서 열 파괴한 아스코르브산 용액 속에 들어있는 아스코르브산의 양은 4.55×10{}^{-5}mol× 176.12g/mol = 8.01×10{}^{-3}g이다.또한 비타민 C 용액을 희석한 후의 10mL를 가열시켜 열파괴 시켰을 때의 적정에 사용된 아이오딘 용액의 부피는 12.41mL이다. 위의 과정을 거쳐서 비타민 C 드링크의 적정에 사용된 I{}_{2}의 몰 수 = (8.56 × 10{}^{-3}M) × (12.41×10{}^{-3}L) = 1.06×10{}^{-4}mol이다. 이것은 희석한 용액 속에 들어있는 아스코르브산의 몰 수로 볼 수 있으므로 희석시키기 전 비타민 C 용액에 들어있는 아스코르브산의 몰 수는 1.06×10{}^{-4}mol × 3 = 3.18×10{}^{-4}mol따라서 열 파괴한 비타민 C 용액 속에 들어있는 아스코르브산의 양은 3.18×10{}^{-4}mol× 176.12g/mol = 5.60×10{}^{-2}g이다.5. Discussion1) 실험 결과 해석실험 1을 통해 얻은 아스코르브산의 분자량은 186g/mol이나, 실제 이론상의 분자량 값은 176.12g/mol이다. 따라서 약 5.61%의 오차율이 발생했음을 알 수 있다. 실험전에 아스코르브산의 질량을 측정하여 만든 용액으로, 이미 농도를 알고있는 용액을 적정했기 때문에 농도 측정이 정확했다는 가정을 한다면 이 오차율 5.61%는 적정의 정확도에서 5.61%정도의 오차가 발생한다는 것으로 볼 수 있다.실험 2에서는 농도를 모르는 비타민 C 용액을 아이오딘 용액으로 적정하여 농도를 알아내는 실험을 진행하였다. 본 실험에서 비타민 C 용액 20mL와 물 40mL를 섞어 희석한 후 그중 20mL를 실험에 사용하였기 때문에, 실험값에 3을 곱하여 원래 비타민 C 용액에 대한 값을 찾을 수 있었다. 따라서 본 실험에서 희석된 비타민 C 용액 속의 아스코르브산의 몰 수가 2.24×10{}^{-4}mol으로 나량의 값이 실험값과 이론값에서 약 5.61% 오차율이 발생하였다. 이론값보다 큰 분자량 값이 측정되었는데, 이러한 오차가 발생한 원인을 다음과 같이 예측해볼 수 있다.① 아스코르브산은 가열함으로써 파괴되기도 하지만 물과 산소와 접촉함으로써 쉽게 산화되기 때문에, 실험이 지체될수록 수용액 속의 아스코르브산이 산화되어 실제로 측정되는 값의 크기가 줄어들 것이다. 그렇기 때문에 0.1g을 실험에서 측정된 아스코르브산의 몰 수로 나누어주면, 아스코르브산의 값이 작을수록 분자량의 값은 크게 계산되는 것이다. 따라서 아스코르브산이 포함된 용액과 산소의 접촉을 최소화해야하며, 실험을 최대한 빨리 진행해야 오차 값을 줄일 수 있다.② 적정 실험에서 가장 중요한 부분은 정확한 종말점을 찾는 것이다. 하지만 육안으로 관찰하기 때문에 오차가 발생하기 매우쉽다. 따라서 당량점에서 크게 벗어난 곳을 종말점으로 판단하여 실제 이론값인 당량점과 차이가 발생하므로 이러한 부분이 분자량 측정 과정으 오차에 영향을 주었을 가능성이 있다.3) 실험3에서 아스코르브산 용액과 비타민 C 용액의 열에 의한 손상 정도가 다른 이유실험 3에서 미리 제조한 아스코르브산 용액과 비타민 C 용액이 같은 조건에서 열을 가했으나 percentage로 환산하였을 때, 아스코르브산의 경우 15.2%, 비타민 C 용액의 경우에는 파괴된 정도가 5.08%로, 파괴된 정도에 차이가 있음을 알 수 있다. 이를 오차라고 부르기는 애매하나, 차이가 발생한 이유에 대해 분석해보고자 한다. 이는 우선 사전에 제작한 아스코르브산 용액에는 순전히 아스코르브산과 물만 들어있기 때문에 열에 대한 영향을 모두 아스코르브산 용질이 받게 된다고 생각할 수 있지만, 시판중인 비타민 C 용액에는 아스코르브산 뿐만 아니라 다른 여러 용질이 섞여있기 때문에 제공받은 열이 오로지 아스코르브산만 파괴시킨 것이 아닐 수 있기 때문에, 비타민 C 용액에서의 아스코르브산 파괴가 덜 일어났다고 예측해 볼 수 있다.6. Assignment과제 1. 산화 환원1다.

자연과학| 2022.12.26| 12페이지| 2,000원| 조회(497)

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