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리튬이온 배터리 실험 예비레포트 평가C아쉬워요

리튬이온 배터리 실험 예비레포트1. 실험 목적오늘날의 리튬 이온 배터리(LIB)는 스마트폰, 노트북, 전기차, ESS 등 모든 것을 구동하는 우리의 일상에서 빠져서는 안 될 재충전이 가능한 2차전지입니다. 이번 실험에서는 직접 리튬이온 배터리를 만들어보고 Cell Performance를 측정할 것입니다.2. 소개 및 이론먼저 리튬 이온 배터리는 충전이 가능한 2차전지의 한 종류이고 양극, 음극, 전해질, 분리막의 4가지 구성 요소를 가집니다. 다음으로 네 가지 조건을 만족하는 전지를 말한다.음극 활물질은 리튬 이온을 흡창, 방출할 수 있는 탄소 재료일 것.양극 활물질은 리튬 이온을 함유하는 금속 산화물일 것.전해액에는 물이 포함되어 있지 않을 것.층간 삽입 반응에 기반을 둔 2차전지일 것이러한 리튬 이온 배터리가 가지는 장점은 먼저 리튬이 이온화 경향이 크다는 점이 있습니다. 표준 환원 전위의 절댓값이 가장 크며, 이온화 서열의 맨 앞에 서 있습니다. 이 말은 리튬이 산화반응이 일어나기 쉽고 더 많은 에너지를 꺼내 쓸 수 있다는 것을 의미합니다. 게다가 리튬은 원자번호가 3이고 원자량이 가장 가벼운 금속 원소이므로 리튬을 전극으로 사용하면 작고 가벼우면서도 에너지 밀도가 높은 전지를 만들 수 있습니다. 또한 자체 방전율이 낮고 사이클 수명이 길어 효율성이 높고 심각한 성능 저하 없이 여러 번 재충전 및 방전을 할 수 있고 기억효과가 없다는 장점이 있습니다. 이러한 장점들을 가지고 있음에도 현재까지도 연구가 활발한 이유는 비용, 배터리가 과열되어 발화하거나 폭발하는 열 폭주와 같은 안정성의 문제, 그리고 아직까지도 원하는 만큼의 용량이 안 나온다는 단점이 있기 때문입니다.다음으론 리튬 이온 배터리의 원리에 대해서 설명하겠습니다.먼저 리튬이온 배터리가 방전할 때는 음극 활물질에서 리튬이온이 이탈(산화반응)하여 양극 활물질에 흡수됩니다(환원반응).음극에서 방출된 전자는 외부 회로를 통해 양극에 도달하며, 양극 활물질은 전자를 얻고 리튬이온을 흡장합니다.충전할 때는 역반응이 일어납니다.여기서 사용되는 음극과 양극에 대해서 간단히 설명하자면 음극으로 쓰이는 흑연은 층간 삽입 반응에 아주 적합한 재료입니다. 그 이유는 같은 층의 탄소 원자끼리 공유결합으로 강하게 연결 되어있는 반면 층과 층 사이는 반데르발스 힘으로 약하게 연결되어 있기 때문입니다. 그로 인해 흑연의 층과 층 사이는 아주 쉽게 떨어지고 리튬 입자가 쉽게 층 사이로 들어갈 수 있게 되는 것입니다. 양극 활물질로는 리튬코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 리튬인산철(LiFePO4), 삼원계(NMC계), 니켈계(NCA계) 등이 있습니다. 각각의 양극 활물질은 결정 구조를 가지고 그 중 하나만 소개하자면 리튬코발트 산화물의 층상 암염 구조입니다. 이 구조는 리튬과 코발트가 산소층 사이에 늘어선 구조를 이루고 이것이 층을 이루어서 흑연과 비슷한 육방정계 구조를 만들며 층 사이에 있는 리튬이 방출 흡장 됨으로써 전지반응이 진행됩니다. 마지막으로 리튬이온을 운반하는 전해액이 있고 주로 이온 전도도가 높고, 전기화학적으로 안정되고, 제조비용이 저렴한 율플루오르화인산리튬(LiPF6)을 많이 사용합니다.3. 실험 재료Coin cell cap, Spacer, Lithium, Separator, Gasket, Electrolyte, Electrode (Graphite)4. 실험 방법Active material (graphite), Binder(PVDF), Solvent(NMP)를 섞어 슬러리를 만들어 준다.Spin coating이나 Blade coating을 통해 코팅 후 건조해 전극을 완성한다.Coin cell cap, Spacer, Lithium, Separator, Gasket, Electrolyte, Electrode (Graphite), Coin cell 순으로 쌓아 눌러서 전지를 완성시킨다.Cell Performance를 측정한다.5. 추론리튬이온 배터리를 비롯한 2차전지는 이미 심각해진 환경오염을 조금이라도 막고 속도를 늦추기 위해서 이미 필수불가결한 존재가 되었다. 그 중에서도 수송 즉 차량과 관련된 환경오염의 정도가 가장 심한 것으로 밝혀졌는데 기존의 엔진을 2차전지가 대체할 수 있으므로 그 자체만으로 2차전지는 지금도 앞으로도 꼭 필요한 존재이고 더 발전이 돼야 하는 산업이다. 이러한 2차전지의 성능을 향상시키는 방법은 다양하지만 앞으로 어떤 것이 미래의 차세대 2차전지 자리를 꿰찰지는 아직도 미지수이다. 그 중에서 전지의 성능을 올린 첫 번째 방법은 전해질을 고체로 쓴 전고체 리튬 이온 전지이다. 현재 상용화 단계까지 온 전고체 전지는 황화물계 물질을 써서 만든 전고체 전지이다. 전고체 전지는 황화물계를 기준으로 전해액보다 이온전도성이 높고 높은 안전성, 내열성, 높은 사용온도, 긴 수명, 경량화와 소형화가 쉬움, 급속 충전과 같은 장점이 있고 내부 저항이 높다는 단점을 개선하기 위해 연구가 활발히 진행중이다. 다음으론 나트륨 이온 전지이다. 비싼 리튬 대신 나트륨을 사용하는 전지로 리튬 이온 전지보다 중량당 에너지 밀도는 떨어지지만 사이클 수명은 더 길다는 특징이 있다. 마지막은 규소(Si)로 만든 음극을 사용하는 리튬 이온 전지가 있다. 실리콘은 기존에 사용하는 흑연보다 이론 용량이 10배 이상 커질 가능성이 있다. 하지만 리튬 이온과 규소의 합금화로 인해 규소의 부피가 4~8배 팽창한다는 단점이 있어 연구가 진행중이다. 이렇듯 아직도 연구가 활발히 진행되고 있는 산업인만큼 화학공학 학부생으로서 관심을 가질 가치가 있다고 생각한다.

공학/기술| 2023.04.09| 3페이지| 2,000원| 조회(408)

배터리, 2차전지, 리튬이온, 예비레포트, 리튬이온배터리

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염료감응형 태양전지(DSSC) 실험 예비레포트

DSSC 실험 예비레포트1.실험 목적염료감응형 태양전지(DSSC)는 광민성 염료를 사용하여 빛을 포착하여 전기로 변환하는 태양광 전지의 한 종류이다. 이번 실험에서는 DSSC를 제작하고 직접 제작한 DSSC의 효율을 측정할 것이다.2. 소개 및 이론염료감응형 태양전지(DSSC)는 태양광 효과를 이용하여 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지의 한 종류이다. 기존 실리콘 태양전지와 달리 DSSC는 염료감응형 나노결정 티타늄 디옥사이드 전극을 사용해 햇빛을 흡수해 전기로 변환하는 태양 전지이다. DSSC는 기존 태양 전지에 비해 저렴하고 제조가 용이하며 조명이 낮은 조건에서도 효과적으로 작동할 수 있는 등 여러 장점이 있다. 이러한 장점들은 기존의 실리콘 태양전지에 대한 매력적인 대안이 될 수 있다. 하지만 기존의 염료보다 더 효율적인 염료, 전해질 및 전극의 개발, DSSC의 효율 및 안정성을 향상시키기 위한 노력은 여전히 현재 진행형이며 또한 전극 물질을 Paste 접착물질과 함께 코팅해서 사용하기 때문에 두께 조절이 어렵고 나노 구조 제어가 불가능하며 Paste 코팅 과정에 400도 이상 열처리가 필요해 ITO(Indium Tin Oxide) 글라스와 유연 플라스틱 기판이 아닌 FTO(Fluorine doped Tin Oxide)글라스를 사용해야 한다는 단점이 있다탄소 중립을 위해서 언젠가 해결해야 할 과제 중 하나라고 생각한다.DSSC의 원리와 과정은 크게 7단계로 나눌 수 있다.태양으로부터 광자가 나온다.광자가 염료를 도달하면 염료의 conjugated bond가 빛을 흡수하여 전자가 방출된다.전자는 티타늄 디옥사이드(TiO2) 나노입자를 통해 anode를 탈출한다.전자는 회로를 이동하며 일을 한다.전자는 백금 cathode로 이동한다.Cathode의 전자는 산화-환원 반응에 참여하는 이온쌍(I-/I3-)에 의해 산화되고, 염료 분자에서 나온 전자와 결합하여 다시 전극으로 돌아간다.위 과정이 반복된다.3. 실험 재료티타늄 디옥사이드, FTO 유리 기판, 전해액(이온성 액체, 요오드화물/트리요오드화물), 염료, 백금 전극, surlyn4. 실험 방법1) FTO 글래스의 양면 중 전기가 통하는 전도성 면을 찾는다.2) 전극이 될 공간을 남겨두고 테이프로 덮어주며 고정시켜 준다.3) 만들어 둔 티타늄 디옥사이드 Paste를 펴 발라준다.4) 핫플레이트 위에서 30분 정도 450도가 될 때까지 구워 준다.5) 염료 용매에 넣어준다.6) 다른 FTO 글래스 상에 백금 층을 증착 한다.7) surlyn을 이용하여 조립하고 전해액을 채워준다.8) 태양 시뮬레이터를 이용하여 만든 DSSC의 효율을 측정한다.5. 추론DSSC의 낮은 효율은 TiO2층의 품질, 염료의 선택, 전해액의 특성 등 다양한 요인에 기인할 수 있다. 이러한 요소를 추가로 최적화하면 효율성이 높아지고 성능이 향상될 수 있습니다. 높은 몰 흡광 계수와 높은 빛 흡수 특성을 갖는 염료는 DSSC의 효율을 향상시킬 수 있다. 좋은 DSSC용 전해질은 높은 이온 전도도, 낮은 점도, 좋은 안정성을 가져야 한다. 적합한 전해질로는 크게 액체, 고체, 이온성, 겔 전해질이 있다. 먼저 액체 전해질은 높은 효율이라는 장점이 있지만 증발, 누설, 안정성 등의 문제로 어려움을 겪을 수 있다. 고체 전해질은 안정성이 우수하고 누액이 적다는 장점이 있다. 이온성 액체는 상온에서 액체인 소금이다. 이들은 열적, 화학적 안정성이 좋고 DSSC의 대체 전해질로 사용될 수 있다. 하지만 높은 점도는 효율을 제한할 수 있다는 단점이 있다. 겔 전해질은 액체 전해질과 고체 전해질이 혼합된 것으로 액체 전해질에 비해 안정성이 향상되고 누액이 감소할 수 있다는 장점이 있다. 현재는 액체 전해질이 가장 일반적으로 사용되고 있지만 고체 전해질과 겔 전해질은 향상된 안정성과 감소된 누출을 제공할 수 있는 유망한 대인이다. 그리고 전극 표면을 수정하여 표면의 거친 정도나 나노 입자의 얇은 층의 증착과 같은 기술은 DSSC의 성능을 향상시킬 수 있다. 이 외에도 DSSC의 성능을 향상시킬 수 있는 요인은 은 촉매 활성을 갖는 전극의 사용, 적절한 양의 염료 사용 등이 있을 수 있다.

공학/기술| 2023.03.13| 3페이지| 2,500원| 조회(323)

염료감응형 태양전지, DSSC, 실험 예비 레포트

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양이온 크로마토그래피 레포트

양이온 교환 크로마토그래피 레포트1. 실험 목적: 양이온 교환 수지를 이용하여 양이온의 농도를 측정한다.2. 이론이온교환수지란 합성수지에 해리성의 기능기가 붙어있는 것으로, 그 기능기는 용액 중의 이온과 반응하여 그 이온은 붙들고, 갖고 있던 같은 부호의 다른 이온을 용액으로 돌려보낸다. 기능기는 양이온을 교환할 수 있는 것과 음이온을 교환할 수 있는 것으로 나누어진다. 전자의 기능기를 갖고 있는 수지를 양이온 교환 수지라고 한다. 이 수지는 약산형의 -COOH 혹은 강산형의 -SO3H 기능기를 갖고 있어 H +를 잃고 음전하를 가지므로 양이온을 끌어당긴다. 예를 들어 식염이 녹아 있는 물을 양이온 교환 수지에 통과시키면 다음과 같은 반응이 일어난다.R-H + NaCl = R-Na + HCl (2-1)음이온을 교환할 수 있는 기능기를 갖고 있는 수지를 음이온 교환 수지라고 하며, 이 수지는대개 -OH 혹은 -NH2 형태의 기능기를 갖고 있다. OH-이온은 용액 중의 음이온과 교환된다.예를 들면,R-OH + X- = R-X + OH- (2-2)-NH2의 경우는 반응이 좀 더 복잡 해진다-NH2 + H2O + X- -> NH3 + X- + OH- (2-3)이온 교환 수지는 전체적으로 전기적 중성인데, 그 중성을 유지하기 위해서는 이온교환이 단순한 같은 수의 이온교환이 아니고, 같은 전하의 교환이어야 한다. 그림 2-1은 Ca2+ 이온이 들어있는 용액과 양이온 교 환 수지와의 반응을 도식적으로 그린 것이다. 이 그림에서 주목해야 할 것은 그 반응이 평형과정이라는 사실이다. 평형상수값을 나타내는 식을 적어보면KCa = [Ca2+]r/[H+]r2 = KCa * ([Ca2+]/[H+]r2) (2-5)다른 모든 양이온에 대해서도 이와 비슷한 관계식이 성립하는데, 예를 들어 Mg2+ 에 대한 식은다음과 같다.[Mg2+]r/[H+]r2 = KMg * ([Mg2+]/[H+]r2) (2-6)(2-5)식을 (2-6)식으로 나누면[Ca2+]r/[Mg2+]r = (KCa/KMg) * ([Ca2+]/[Mg2+])=(KCa/Mg) * ([Ca2+]/[Mg2+]) (2-7)평형상수 KCa/Mg는 Ca2+와 Mg2+ 두 양이온에 대한 수지의 선택성을 나타낸다. 이온의 전하가높을수록 수지에 더 잘 결합한다. 한번 사용한 이온교환 수지는 재생시켜 사용할 수 있는데, 양이온 교환 수지에는 HCl을, 음이온 교환수지 에는 알칼리를 통과시키면 된다.3. 도구 및 시약:콕크 달린 유리분리관 탈지면, 삼각플라스크, 피펫, 뷰렛, 용량플라스크, 비이커, 분별깔때기, 양이온교환 수지, pH 시험지, HCl, NaCl, 0.1 M NaOH 표준용액, 페놀프탈레인.4. 실험 순서1) 수지의 재생: 수지의 재생 시판되고 있는 많은 양이온 교환 수지는 안정한 RNa 형태이므로 바꾸어야 하며,또한 그것에는 불순물 로 Fe, Ca, 유기물 등이 포함되어 있으므로 사용 전에 미리 그것들을 제거해야 한다. 또한 한 번 사용한 수지는 RH 형태로 재생시켜 사용해야 한다. 그러기 위해서는 수지를 비커에 넣고 수지를 무게로 계산해서 10 - 20배의 1.5 M HCl 용액으로 처리한다. 이 혼합물을 15 - 20 분 간격으로 저어주고, 수지가 가라앉도록 놓아둔 다음 산용액을 부어 낸다. 이런 과정을 몇차례 되풀이하여 부어 낸 산용액에 NH4SCN을 가해 붉은 색을 띄지 않으면 Fe3+ 이온이 없어진 것이다. 산처리를 마친 수지를 4 - 5 회 물로 씻어낸다.2) 양이온 교환 수지 분리관 만들기: 물에 적신 탈지면을 유리분리관에 넣고 끝이 평평한 유리봉으로 밑부분까지 밀어넣고5- 10 mm 정도의 두께로 한다. 그런 다음 사전처리한 양이온교환수지를 유리분리관에 채워 넣는다. 이때 수지층 안에 기포가 생기지 않도록 해야 한다. 수지 윗부분에 탈지면을 얹고, 그림 2-2와 같이 분별깔대기를 유리분리관의 위 끝부분에 단다. 유리분리관 속의 수면을 수지 윗부분으로부터 1 cm까지 낮추고 3M HCl 50㎖로 2-3㎖/분 이하의 유속으로 씻어 내린다. 이어 물로 5-8㎖/분 유속으로 씻어 내리되, 씻은 액의 pH가 물의 pH와 같게 될 때까지 씻어 내린다.3) 양이온의 농도 결정미지의 NaCl 용액 25㎖를 분별 깔대기에 넣고, 분리관 내의 수면을 수지 위 1 cm까지 내려오면 분별깔 대기에 약 25 ㎖의 물을 넣고 2-3 ㎖/분의 유속으로 씻어내린다. 끝으로 물로 5-8 ㎖/분의 유속으로 씻어내려 씻은 액의 pH가 물의 pH와 같으면 씻는 것을 그만둔다. 씻은 액이 들어있는 용량플라스크의 부피 표시선까지 물로 채운 다음, 일정량씩 취하여 0.1 M NaOH 표준용액으로 적정하여 치환되어 나온 HCl의 양을 정량 한다. 그 양으로부터 미지의 NaCl 용액의 농도를 구한다.4) 기타 유의사항(1) 이온 수지를 HNO3나 산화력이 있는 산으로 처리하면, 기체 생성물이 생겨 지장을 줄 수도 있고, 경우에 따라서는 수지가 관 밖으로 밀려올라갈 수도 있으며, 또한 수지의 성능이 파괴되기도 한다.(2) 분리관에 채운 수지의 위 끝은 항상 물에 잠겨 있게 해야 한다. 그렇지 않으면 수지 사이에 기포가 끼어 액체의 흐름에 고르지 않게 될 우려가 있다. 또한 잘못으로 기포가 끼어들 가능성을 고려하여, 잠시 물을 밑에서 위로 흘려주는 조작을 거치는 것이 좋다.결과1) 각자 배부된 데이터를 갖고서 수득한 HCl용액의 농도 오차율을 계산해봅시다.->NaCl 용액의 농도를 이용하여 HCl 용액의 농도 계산(이론 값)MV=M’V’ 사용MNaCl = molNaCl / VNaCl = molNaCl / 0.020L = 0.5MmolNaCl = 0.01mol반응한 HCl 몰수 = 반응한 NaCl몰수MHCl = molHCl / VHCl = 0.01mol / 0.020L = 0.5M->적정에 사용된 NaOH의 부피를 이용하여 HCl 용액의 농도를 계산(실제 값)HCl 용액의 실제 농도MV=M’V’ 사용사용된 NaCl 용액 부피 1.67mlMHCl * 0.020L = 0.1M * 0.00167LMHCl = 0.00835M오차율 = (ㅣ0.5-0.00835ㅣ/0.00835) * 100 = 98.33%2) 13번 슬라이드 실험과정 3에서 양이온 교환 수지 분리관을 만들 때 HCl 용액으로굳이 씻어주는 이유는?그 다음에는 염화수소산 용액을 이용해서 양이온교환수지에 음이온과 결합중인 소듐양이온을 H+ 양이온으로 이온 교환을 시켜주는데요 화학반응식에서 이 양이온교환 과정에서 염화수소산에 H원자와 결합 중이던 Cl 원자가 Na원자와 이온결합을 형성해서 NaCl 염을 형성하게 됩니다. 즉 각각의 상대 양이온과 각각의 상대 음이온을 서로 교환하는 셈이 되는 겁니다. 이 화면에서 R은 카복실기와 같은 음이온작용기를 포함하는 양이온교환수지를 의미하고 R-H는 수소 양이온과 결합한 양이온 교환수지를 의미합니다. 그리고 굳이 HCl을 사용하는 이유는 우리가 측정하게 될 양이온 샘플들과의 이온교환이 원활하게 일어날 수 있도록 초기 활성화 차원에서 사용한다. 또한 철 칼슘과 같은 불순물을 미리 제거해주기 위해서이다. 마지막으로 질산과 같이 산화력이 있는 산으로 이온교환 수지를 처리하게 되면 기체 생성물이 만들어 진다던지 혹은 수지가 관 밖으로 밀려 나가는 문제라던지 등으로 인해서 수지의 이온교환 성능이 급격하게 떨어지기 때문이다.3) 양이온 교환 크로마토그래피가 실생활에 사용되고 있는 예들에 대해서 알아볼 것(4가지 이상)(1) 물의 연수화센물에 존재하는 마그네슘 이온, 칼슘 이온 등을 제거하기 위해서 양이온교환수지를 이용한다. 양이온 교환수지에 센물을 통과시키면 음전하를 띠는 이온교환수지에 이온들이 달라붙게 되고 Na+은 용액속으로 들어가게 되는 과정을 거쳐서 센물이 단물로 바뀌게 된다.(2) 주스주스를 만들 때에도 칼슘이나 마그네슘 이온이 함유되어 있으면 쓴맛을 내게 되는데 이러한 이온들을 제거하기 위해서 양이온 교환수지가 사용된다.(3) 어항물고기가 알을 잘 낳기 위해서, 수초 어항의 수초 생장을 위해서 중요한 pH를 낮추기 위해서 양이온 교환 수지가 사용된다.(4) 정수기양이온 교환 수지가 가지고 있는 나트륨 또는 수소 이온을 물속에 내어놓고 물속의 칼슘, 마그네슘 이온들을 가져와 물을 경수에서 연수로 바꾸어 주기 위해서 양이온 교환 수지가 사용된다.4) 같은 족 원소인 경우 원자번호가 증가할수록 양이온 교환 수지 표면의 음이온과 더 잘 결합하는 이유는?원자번호가 증가할수록 전기음성도가 증가하기 때문에 전자를 더 잘 끌어당기게 되고 음이온과 더 잘 결합할 수 있게 되는 것이다.

공학/기술| 2021.03.10| 4페이지| 1,500원| 조회(233)

일반화학실험, 양이온 교환 수지, 양이온 크로마토그래피

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과산화수소의 농도 측정 레포트

과산화수소의 농도 측정1. 실험 목적: 습식 정량분석법 중의 하나인 적정법을 사용하여 과산화수소의 농도를 측정한다.2. 이론: 적정 분석법(적정법)이란 농도를 알고자 하는 (일정한 부피의) 시료용액과 정량적으로 반응을 하는 (정확히 농도를 알고 있는) 표준용액의 부피를 측정하는 정량 분석 법이다. 미지시료의 무게 혹은 농도는 사용된 표준용액의 부피, 화학반응식, 및 반응 물의 분자량 등으로부터 계산될 수 있다. 여기서 표준용액(적정액)의 부피란 뷰렛으로부터 당량점까지 시료용액에 가해진 표준용액의 부피를 말한다. 당량점은 표준용액 자체의 어떤 물리적인 변화로부터 구하거나 경우에 따라서는 지시약의 색의 변화로부터 구한다. 적정법을 사용하기 위해서는 화학반응은 다음의 조건을 만족시켜야 한다. 첫째, 화학반응식으로 나타낼 수 있는 간단한 반응이어야 한다. 둘째, 반응이 빨리 일어나야 한다. 셋째, 당량점에서 용액에 물리적 혹은 화학적 변화가 있어야 한다. 넷째, 색과 같은 물리적인 변화로 반응의 당량점을 명료하게 확인시켜 줄 수 있는 지 시약이 이용가능해야 한다. 적정법은 적정에 이용되는 반응에 따라 중화적정, 착물형성적정, 침전적정, 산화환원적정 등으로 나누어지는데, 본 실험에서는 과산화수소의 함량을 다음 반응식을 이용한 산화환원적정으로 구한다.2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O (3-1)과산화수소는 보통 6, 12, 30% 등 과산화수소 수용액 형태로 접할 수 있는데, 그 용액은 가끔 각각 20-volume, 40-volume, 100-volume 과산화수소라고 불린다. 후자는 과산화수소 용액을 끓일 경우 방출되는 산소의 부피를 근거로 한 것이다. 예를 들 어 100-volume 과산화수소 1㎖는 표준온도와 압력에서 측정했을 경우 100㎖의 산소를 만들어낸다.3. 실험 장치: 뷰렛, 피펫, 용량플라스크, 삼각플라스크, 과산화수소, KMnO4, Na2C2O4, 황산.4. 실험 방법1) 표준 KMnO4 용액의 제조(1) 0.02M의 KMnO4 용액 250 ㎖를 만드는데 필요한 KMnO4의 무게를 달아, 증류수 200㎖에 녹이고 90℃까지 가열한 다음 찬 증류수로 250㎖가 되게 한다.(2) 용액을 마개가 달린 깨끗한 병에 넣는다. 병에 용액의 제조 날자, 농도, 제조자의 이름을 써 붙인다. 용액을 사용하지 않을 때에는 항상 어두운 곳에서 보관한다.2) 표준 KMnO4 용액의 표정KMnO4 용액은 As2O3나 Na2C2O4로 표정할 수 있는데, 본 실험에서는 Na2C2O4로 표정하는 방법을 소개한다. 다음 반응식이 나타내는 바와 같이, 옥살산나트륨은 산성용액에서 양성자를 받아 옥살산이 되고, 이 산은 과망간산 이온에 의해 이산화탄소로 산화된다.2Na+ + 5C2O42- + 2H+ = H2C2O4 + 2Na+2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ = 2Mn2+ + 5CO2 + 8H2O (3-3)(1) 105-110℃에서 2시간동안 건조시킨 Na2C2O4를 사용하여, 0.05M Na2C2O4 용액 100㎖를 만든다. 그 용액 25㎖를 삼각플라스크에 넣고, 3M 황산 15㎖를 가한다.(2) 표정할 KMnO4 용액을 뷰렛에 넣고, 당량부피의 90-95%에 해당되는 양을 Na2C2O4 용액에 빨리 가한 다음 나머지 양은 당량점까지 천천히 가한다. 이때 용액의 온도를 55-60℃로 한다. 당량점은 용액이 희미한 핑크색을 30초 정도 유지할 때이다.(3) 적정을 두 번하여 그 평균값을 구한다.3) 과산화수소의 농도 결정(1) 뷰렛을 이용하여 20-volume 과산화수소 25.0㎖를 500㎖의 용량플라스크에 옮긴 다음 증류수로 눈금까지 채우고, 용액을 잘 흔든다.(2) 묽힌 용액 25.0 ㎖를 피펫으로 삼각플라스크로 옮긴 다음, 200㎖ 증류수로 묽히고 묽은 황산(1:5) 20 ㎖를 가한다.(3) 0.02M의 표준 KMnO4 용액으로 적정한다. 당량점은 용액이 희미한 핑크 색으로 될 때이다. 적정을 두 번 연속하여 적정액이 0.1㎖이내로 일치해야 한다.(4) 원액 1ℓ에 들어 있는 과산화수소의 무게와 농도를 계산한다.5. 주의사항과산화수소를 적정할 때 용액을 산성으로 만드는데, 이때 꽤 높은 농도의 산을 사용하되 매우 천천히 가하는 것이 좋다. 이것은 이산화망간(MnO2) 생성을 방지하기 위 함인데, 이산화망간은 과산화수소를 분해시키는 촉매로 작용할 수 있다.결과1) Na2C2O4, KMnO4. H2O2의 당량수 구하기Na2C2O4: 2KMnO4: 5H2O2: 22) KMnO4의 농도 계산 및 오차율 구하기-> Na2C2O4, KMnO4 노르말 농도&몰농도 구하기(이론 값&실험 값)Na2C2O4 몰농도(이론값): 0.67g Na2C2O4 = 0.005mol Na2C2O40.005mol/0.1L = 0.05M0.05M 용액 20mL + 황산 10mL = 0.033MNa2C2O4 노르말농도(이론값): 몰농도*당량수 = 0.066NKMnO4 몰농도(이론값): 0.79g KMnO4 = 5.0*10-3mol5.0*10-3mol/0.25L = 0.02MKMnO4 노르말농도(이론값): 몰농도*당량수 = 0.1N적정한 KMnO4용액의 양: 18.1mL당량수H2C2O4MH2C2O4VH2C2O4 = 당량수KMnO4MKMnO4VKMnO4->0.066N*0.03L=5*MKMnO4*0.018L->MKMnO4=0.022M오차율: ㅣ0.02-0.022ㅣ/0.02*100=10%3) 제공된 미지의 H2O2용액의 농도 실험값 및 오차율 구하기-> 제공된 희성시키지 않은 미지의 H2O2 용액의 농도 이론값 = 1.1M당량수H2O2MH2O2VH2O2 = 당량수KMnO4MKMnO4VKMnO42*MH2O2*0.03L = 0.11N*0.0152LMH2O2=0.028M25배 희석시켰으므로 실제 농도는 0.70M오차율: ㅣ1.1-0.70ㅣ/1.1*100=36.4%4) 황산을 넣어주는 이유옥살산 나트륨과 반응을 해 옥살산의 제조 반응에도 사용될 수 있고 전반적인 산화 환원반응을 촉진시켜 주고 그로 인해 적정이 성공적으로 이뤄질 수 있도록 하는 촉매 역할을 한다.고찰이번 실험은 과산화수소의 농도를 측정하는 실험이었다. 평소 용액의 농도를 구하는 실험과는 약간의 차이가 있었다. 과망가니즈산의 농도를 먼저 구하고 그 농도로 과산화수소의 농도를 구해주는 실험이었다. 방법이 생소하긴 했지만 평소 하던 실험과 크게 다른 점은 없어서 어렵지 않은 실험이었다. 그리고 황산이 촉매 역할을 한다는 것을 알았다.

공학/기술| 2021.03.10| 4페이지| 1,500원| 조회(244)

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액체의 점도 실험 레포트

액체의 점도 측정 레포트 1. 실험 목적 : 액체의 가장 기본적인 특징인 점도의 개념을 이해하고 간단한 조작으로 그 값을 측정한다. Ostwald법을 이용하여 액체의 점도를 측정함에 있어 온도의 영향을 규명하고자 한다. 또한 Ostwald Viscometer를 사용하여 각종 농도의 에탄올 수용액의 점도를 측정하고 농도와의 관계를 조사한다. 2. 이론 : 유체의 점도는 주어진 속도에서 유체 요소(fluid element)에 변형(deformation)이 일어날 때 나타나는 유체의 저항(resistance)을 말하며, 재료의 점성 응력(viscous stresses)을 변형률(rate of change of deformation 혹은 strain rate)과 관련되는 재료의 특성이다. 유체의 분류 1) 점성 유체 (viscous fluid) 및 비점성 유체(inviscid fluid) 2) 뉴턴 유체 (Newtonian fluid) 및 비뉴턴 유체 (non-Newtonian fluid) 3) 비압축성 유체(incompressible fluid) 및 압축성 유체 (compressible fluid) 점성 유체는 점도가 있는 유체인 반면, 비점성 유체는 점도가 없는 유체를 말한다. 가스와 액 체는 모두 유체로 간주되며 모든 유체에는 점도가 있다. 일반적으로 액체는 기체에 비해 점성 이 약 1000 배나 더 있다. 정상상태의 유체 흐름에서 아래 평판이 일정한 속도 V로 움직이도록 작용하는 힘(shearing force) Fx는 평 판의 이동속도 V와 면적 A에 비례하고, 반대로 두 평판 사이의 거리에는 반비례한다. 이를 수식으로 표현하면, ∆y → 0의 극한값을 취하면 단위면적당 작용하는 전단력(shear force)은 속도구배(local velocity gradient) 혹은 전단율(shear rate)의 음수에 비례한다. 이것을 뉴튼의 점성법칙(Newton’s Law of Viscosity)이라고 한다.

공학/기술| 2021.03.10| 6페이지| 1,500원| 조회(197)

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