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화학및실험2 - 화학전지

화학 전지1. Title화학 전지2. Date2016년 11월 22일 화요일3. Purpose자발적 화학 반응으로 일어나는 전자 이동을 이용하여 전기 에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고, 몇 가지 금속 이온의 전기화학적 서열을 확인한다.4. Theory화합물은 양전하를 가진 원자핵 주변에 전자가 구름처럼 분포하여 구성된다. 원자나 분자를 둘러싸고 있는 전자는 원자와 분자의 종류에 따라서 쉽게 떨어져 나가서 다른 원자나 분자로 옮겨가기도 한다. 이때 전자를 잃어버리는 원자나 분자는 “산화”되었다고 하고, 전자를 받은 원자나 분자는 “환원”되었다고 한다. 이러한 산화-환원 반응은 산-염기 반응과 마찬가지로 화학의 여러 분야에서 널리 활용되고 있다. 녹색 식물의 광합성 반응과 사람을 비롯한 동물의 몸 속에서 일어나는 대사 과정도 대부분이 이런 산화-환원 반응으로 생체가 필요로 하는 에너지를 공급해주는 중요한 역할을 담당하고 있다.분자들 사이에서 자발적으로 일어나는 산화-환원 반응을 이용해서 금속선을 통하여 전자가 흘러가도록 만들면 전기 에너지를 제공하는 전지(cell)를 만들 수 있다. 건전지와 자동차용 배터리가 그런 화학 전지의 대표적인 예이며, 우리 생활에서 사용하는 전자 제품의 대부분은 이런 화학 전지를 에너지원으로 사용하고 있다.그림 18-1 간단한 길바니 전지 (다니엘 전지)산화-환원 반응에서 이동하는 전자를 금속선을 통해 흐르는 전류로 만들기 위해서는 산화 반응과 환원 반응을 서로 분리한 반쪽 전지(half cell)를 금속선으로 연결한 “전지”(cell)를 이용한다. 특히 전류를 만들어서 전기 에너지원으로 사용하기 위한 화학 전지를 “갈바니 전지”(galvanic cell)라고 부른다. 화합물이 전자를 잃어버리거나 얻을 경우에는 전하를 가진 이온이 만들어지기 때문에 대부분의 전지는 이온을 안정화시킬 수 있는 수용액에서 일어나는 반응을 이용한다.반쪽 전지에는 쉽게 이온화하여 산화 또는 환원될 수 있는 전해질(electrolyte)이 들어있다. 금속 전극서 산화전극 쪽으로 흘러간다. 이때 환원전극이 산화전극보다 전위가 더 높아서 환원전극을 (+)극, 산화전극을 (-)극이라고 부르기도 한다.한 전극의 전위를 절대적으로 측정하는 것은 불가능하지만, 임의로 선택한 두 전극 사이의 전위차를 측정하는 것은 가능하다. 전극의 전위를 나타내기 위해서 많이 사용되는 기준 전극으로는 표준 수소 전극(standard hydrogen electrode)이 있다. 표준 수소 전극은 1기압의 압력으로 유지되는 수소 기체와 평형을 이루고 있으면서 하이드로늄 이온(H+)의 농도가 1.0 M인 25의 수용액 속에 백금 금속으로 만든 전극이 설치되어 있는 것으로 다음과 같은 환원 반응이 일어난다.{2} {{H}} ^ {{+}} LEFT ( {{aq}} RIGHT ){+2} {{e}} ^ {{-}} {→~} {{H}} _ {{2}} (g)일반적으로 표준 수소 전극의 전위{{E}} ^ {{0}} 를 0.00 V라고 정의한다. 다른 전극과 표준 수소 전극을 연결한 전지에서 얻은 전위차를 그 전극의 환원 전위(reducation potential)이라고 하고, 25에서 측정한 환원 전위를 표준 환원 전위라고 한다.예를 들어서 25에서 1.0 M의 구리 이온({{Cu}} ^ {{2+}} )이 녹아있는 용액에 구리판을 전극으로 사용한 반쪽 전지를 표준 수소 전극과 연결하면 구리 이온이 환원되어 구리 전극의 표면에 구리 금속이 붙게 되고, 수소 전극에서는 수서 분자가 산화되어 하이드로늄 이온으로 물에 녹게 된다. 이 경우에 두 전극 사이의 전위차는 0.337 V이며, 이 값을 구리 전극의 표준 환원 전위라고 한다. 즉,{{Cu}} ^ {{2+}} LEFT ( {{aq}} RIGHT ){+2} {{e}} ^ {{-}} {→Cu}LEFT ( {{s}} RIGHT ){~~~~~~~~~~~} {{E}} ^ {{0}} {=0.337~V}그러나 25에서 1.0 M의 아연 이온({{Zn}} ^ {{2+}} )이 녹아있는 용액에 아연판을 전극으로 사용한 반쪽 전지를어서 구리 전극에서 아연 전극으로 전류가 흐르게 되며, 두 전극 사이의 전위차는 1.10V가 된다.화학적인 산화-환원 반응을 이용한 갈바니 전지의 경우에 두 전극 사이의 전위차는 최대 5V 정도이지만, 실용적인 전지를 만들기 위해서는 전지에서 얻을 수 있는 전류의 양도 중요하다. 일상 생활에서 사용할 수 있는 전지를 만들기 위해서는 전극 반응의 안전성과 편리성과 함께 경제성도 고려되어야 한다.부록의 “표준 환원 전위” 표에서 볼 수 있는 것처럼 금속들은 다양한 표준 환원 전위를 가지고 있다. 환원 전위는 금속 이온이 환원되려는 경향을 나타내는 것으로 그 값이 클수록 쉽게 환원되며, 그 값이 작을수록 금속이 이온으로 쉽게 산화된다. 금속 이온이 환원되려는 경향이나 금속이 산화되려는 경향을 상대적으로 나타낸 것이 “전기 화학적 서열(electrochemical series)”이다.이 실험에서는 구리 전극, 아연 전극, 납 전극을 이용한 화학 전지를 만들어보고, 여러 가지 금속의 전기 화학적 서열을 확인해본다.5. Instruments & ReagentsA. 실험기구구리판, 아연판, 납팝(가로 1.0cm , 세로 7.0 cm 크기 : 위에서 1 cm 위치에 구멍을 뚫어서 구리선을 연결하기 쉽도록 만든다.)100mL 비커(beaker) 3개디지털 전압계(digital voltmeter)구리선(전압계와 각 판의 연결 용) (copper wire with clip)유리관(glass tube) 직경 7mm 이하, 길이 약 20 cm사포(sandpaper), 400번가열판(hot plate)B. 시약{Pb}LEFT ( { {{NO}} _ {{3}} } RIGHT )1.0 M 2 (lead nitrate){Zn}LEFT ( { {{NO}} _ {{3}} } RIGHT )1.0 M 2 (zinc nitrate){Cu}LEFT ( { {{NO}} _ {{3}} } RIGHT )1.0 M 2 (copper nitrate)포화 KCl 용액(saturated potassium chlo 후에 아 연판을 담그고, 다른 쪽에는 1.0 MCu(NO _{3} ) _{2} 용액 80mL를 넣고 구리판을 넣는다. 금속 판이 용액에 5cm 정도 잠기도록 하고, 두 비커를 염다리로 연결한다.3) 아연판과 구리판에 디지털 전압계를 직류전압모드로 연결한다. 음수값이 나오면 단자를 반 대로 연결하여 양수값이 나오도록 한다.4) 전지의 전위차를 측정하여 기록한다.5) 구리 용액과 구리판 대신에 1.0 MPb(NO _{3} ) _{2} 용액 80mL에 납판을 넣는다.6) 구리 전극과 납 전극을 연결하여 전위차를 측정한다.7. Reference-Pb(NO _{3} ) _{2}: 납이온과 질산이온으로 이루어진 염으로 무색 또는 흰색의 반투명한 결정이다. 산화제로 쓰이거나 염색할 때의 안정제로 쓰인다.밀도: 4.53g/cm3 (20℃) / 녹는점: 270℃ (분해) / 화학식: Pb(NO3)2분자량: 331.23g/mol / 용해도: 56.5g/100g (20℃)2가의 납이온(Pb2+)으로 이루어진 질산납(Ⅱ)이 일반적인 물질이며 질산납(Ⅳ)도 존재하지만 불안정하고 물과 반응하면 즉시 질산납(Ⅱ)으로 된다. 탄산수산화납(Ⅱ) Pb(OH)2·2PbCO3이나 산화납(Ⅱ) PbO을 질산에 용해시켜 얻거나 금속 납을 진한질산에 반응시켜 얻는다.무색의 입방결정계 또는 단사결정계 결정이다. 물, 액체 암모니아, 하이드라진에 잘 녹으나 진한질산에는 잘 녹지 않는다. 인체에 유독하며, 20%의 질산납수용액은 pH 3.0~4.0으로 약한 산성을 나타낸다. 270℃ 이상으로 가열하면 분해되어 이산화질소를 발생하고, 이와 함께 산소도 발생되므로 산화제로 쓰일 수 있다.질산납은 산화제로서 옷감에 그림을 그리거나 염색할 때 안정제로 이용되기도 하며, 사진의 감광제, 판화 처리 시에도 이용된다.[네이버 지식백과] 질산납 [lead nitrate, 窒酸─] (두산백과)-Cu(NO _{3} ) _{2}: 구리의 질산염.밀도: 3.05g/cm3 / 녹는점: 256℃ (분해) / 화학식량: Cu(NO/ 화학식량: 189.4 / 상태: 무색 결정 (Colorless crystals)밀도: 2.065 g/cm3 / 녹는점: 36.4 °C【제법】아연을 질산에 녹인 용액을 증발시키면 6수화염이 결정된다.【성질】6수화염은 무색의 결정. 정방 결정계. 2.065. 녹는점 36.4℃(분해되어 물을 내보내고 4수화염이 된다). 105℃ 이상으로 가열하면 무수염이 된다. 용해도 물 20℃, 184.3g/100mL ; 따뜻한 물, 에탄올에 자유롭게 녹는다. 수용액은 pH 약 4의 산성.【용도】매염제.【주의】마개를 단단히 막아 찬 곳에 저장.[네이버 지식백과] 질산아연 [窒酸亞鉛, zinc nitrate, Zinknitrat] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-한천(agar): 우뭇가사리 Gelidium amansii Lamouroux(우뭇가사리과) 등 홍조류 안에 세포막 성분으로서 존재하는 점질물, 또는 그것을 동결 탈수해서 건조한 제품.【제법】원료 해초를 뜨거운 물에서 추출하고, 추출액을 농축 후 냉각해서 응고시킨 것을 동결, 용융시킨 다음 건조시킨다.【성질】시판되는 한천은 백색 투명하고 광택이 풍부하며 찬 물에 녹지 않는데, 다량의 물을 흡수해서 팽윤한다. 뜨거운 물에 서서히 녹는다. 1~2%의 뜨거운 수용액을 냉각시키면 젤리상으로 응고하고, 80~90℃까지 녹지 않는다. 일반적으로 질산칼슘 이외에 염류에는 녹기 어렵고, 유기 용제에는 용해하지 않는다. 디아스타아제, 타액, 췌액에는 작용하지 않고, 세균에도 침해당하기 어렵다. 한천 용액을 장시간 끓이면 점성을 잃고 착색한다. 물과 고압하에서 가열하면 가수 분해를 받는다. 산에 대한 저항성은 약하지만, 알칼리에 대해서는 비교적 침해당하기 어렵다.【용도】제품에는 각(角)한천, 세(細)한천 및 분말 한천이 있으며, 온화 완하제, 세균 배지, 제과 원료로서 이용되고 있다.[네이버 지식백과] 한천 [寒天, agar, agar-agar] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-갈바니 전지:2종류의 다른 금속을V)

자연과학| 2020.10.14| 10페이지| 2,000원| 조회(307)

화학, 전지, 화학및실험2

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화학및실험2 - 비누만들기

비누 만들기1. Title비누 만들기2. Date2016년 11월 15일 화요일3. Purpose동물성과 식물성 기름을 이용해서 비누를 만든다.4. Theory액체 상태의 화합물들이 서로 잘 섞이는가를 결정하는 가장 중요한 특성은 분자의 극성이다. 양전하를 가진 원자핵의 주위에 구름처럼 분포하고 있는 전자를 가지고 있는 분자에서는 원자핵의 종류와 상대적인 위치에 따라서 전자의 분포가 분자의 한 쪽으로 치우쳐 있는 경우가 있다.물(H2O) 분자의 경우에는 2개의 수소 원자가 중심에 있는 산소 원자의 양쪽에 104.5°의 각도로 결합하고 있어서, 전자를 잘 잡아당기는 성질을 가진 산소 원자 우위에 전자의 분포가 집중되어 있다. 따라서 물 분자는 산소 원자 부근은 약간의 음전하는 나타내고 수소 원자 부근은 약간의 양전하를 나타내는 극성 분자이다. 이와는 달리 메탄(CH4)의 경우에는 탄소 원자를 중심으로 4개의 수소 원자가 구형 대칭에 가깝게 위치하기 때문에 전자의 분포도 구형에 가깝게 대칭적인 비극성 분자이다.일반적으로 액체에서 상태에서 극성 분자는 극성 분자들과 잘 섞이고, 비극성 분자는 비극성 분자들과 잘 섞인다. 그렇기 때문에 극성 분자인 물에는 비극성의 성질인 유기 분자들이 잘 녹지 않는다. 유기 물질인 기름이 물에 잘 녹지 않는 것이 바로 그런 예이다.여러 개의 탄소 원자들이 사슬 모양으로 연결된 탄화수소는 비극성의 특성을 가지고 있어서 물에 잘 녹지 않기 때문에 소수성(hydrophobic) 분자라고 한다. 그리고 탄화수소 끝에 결합된 카복실기(-COOH), 혹은 아미노기(-NH2) 등은 물 분자와 잘 섞이는 친수성(hydrophilic)을 나타낸다. 이러한 소수성과 친수성의 특성을 가진 원자단을 모두 가지고 있는 분자를 계면활성제라고 하며, 이를 이용하면 물에 잘 녹지 않는 기름과 같은 비극성의 유기물질을 물에 녹일 수 있다. 계면활성제의 소수성 탄화수소 사슬이 비극성의 유기 분자 쪽을 향하면서 유기 분자를 둘러싸게 되면 친수성 부분이 극성의 물 쪽에라이글리세라이드는 액체의 “기름”인 경우가 많다.지방이나 기름을 센 염기와 반응시키면 카복실기가 떨어져 나오면서 지방산의 염와 함께 글리세롤리 생성된다.이때 만들어진 지방산의 염이 비누이다. 비누 분자에서 긴 사슬 모양의 알킬기가 소수성을 나타내고, 카복실기가 친수성을 나타내기 때문에 계면활성제로 작용하게 된다.비누를 만들 때는 수산화나트륨이나 지방이 남아있지 않도록 하는 것이 좋다. 지방 1g을 비누화시키는 데 필요한 수산화나트륨의 양을 비누화 값(saponification value)이라고 한다. 지방에 들어있는 알킬기가 길수록 비누화 값이 작아진다.용액 중에서 만들어진 비누를 분리하기 위해서는 염화나트륨과 같은 전해질을 용액에 넣어준다. 전해질은 물속에서 모두 해리하기 때문에 전해질의 이온보다 극성이 작은 비누 분자들은 서로 엉키게 된다. 이런 현상을 염석 효과(salting-out effect)라고 한다.이 실험에서는 동물성 (또는 식물성) 지방을 이용해서 비누를 만들고, 비누의 대체물질로 널리 사용되고 있는 합성세제를 합성해본다.5. Instruments & ReagentsA. 실험기구비커 (beaker) 100mL눈금 실린더 (graduated cylinder)시험관 (test tube)가열판 (hot plate)젓게 (stirring rod)B. 시약유지 (fats and fatty oils)올리브유 (olive oil)1-도데칸올(C12H26O) (1-dodecanol)포화 NaOH (saturated sodium hydroxide)6 M NaOH (6 M sodium hydroxide)진한 황산 (concentrated sulfuric acid소금(NaCl) (sodium chloride)에탄올 (ethanol)페놀프탈레인 (phenolphthalein)6. Procedure1) 유지 20g과 올리브유 2g을 비커에 넣고 나무젓가락으로 저어주면서 35℃까지 가열한다.2) 포화 NaOH 용액 6mL를 넣고 일정한 온도를 유지하도록 계속 가열한다.性劑] (두산백과)-비누화예전에는 유지나 밀랍으로부터 비누를 만들어 내는 반응을 비누화반응이라고 하였으나, 현재는 에스터가 가수분해를 일으켜 카복실산과 알코올을 생성하는 반응, 즉 에스터화의 역반응을 말한다.RCOOR' + H2O → RCOOH + R'OH (R, R'는 알킬기)비누화를 촉진시키기 위해서는 산 또는 알칼리를 첨가하는데, 산보다도 알칼리를 첨가하는 편이 효과가 더 크다.이때 생성물인 카복실산은 알칼리염으로 얻게 되며, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용한다. 한편, 산을 첨가하는 예로 유지(油脂)로부터 글리세롤을 얻을 때 묽은 황산을 쓰는 경우가 있으나, 유지와 산이 잘 혼합되지 않으므로 이때는 적당한 에멀션화제를 첨가한다.[네이버 지식백과] 비누화 [saponification, -化] (두산백과)-비누화 값유지 또는 밀랍 1g을 비누화시키는 데 필요한 수산화칼륨의 mg수 이다. 에스터값, 산화값 등과 함께 쓰이며 지방산의 성질, 비누화되지 않는 물질의 양을 추정하는 데 쓰인다.[네이버 지식백과] 비누화값 [saponification value, -化-] (두산백과)-염석 효과다량의 전해질에 의해 수용액에 분산되어 있는 콜로이드 입자가 엉기는 현상. 전해질이 물속에서 이온화할 때 전해질의 이온보다 극성이 작은 분자들이 엉기는 것이다. 특히 친수성의 콜로이드가 분산되어 있을 경우에는 다량의 전해질을 가해야 염석이 일어난다. 예를 들면 비눗물에 다량의 식염을 가할 때 비누가 석출되거나 단백질 수용액에 황산암모늄을 가할 때 단백질의 침전이 생기는 것은 모두 염석 효과로 일어난 것이다.[네이버 지식백과] 염석 [鹽析, salting out] (과학용어사전, 2010. 4. 14., 뉴턴코리아)-유화제서로 혼합하지 않는 2종의 액체를 안정된 에멀션으로 하기 위해 사용하는 물질의 총칭. 보통은 물과 물에 용해하지 않는 유기체와의 에멀션을 만들 때 사용하는 계면 활성제를 지칭한다.출처 화학용어사전 | 유화제-분산제큰 입자와 응집한 입자를 분쇄하여 보다 작은 (15℃) / 화학식 : C3H5(OH)3 / 분자량 : 92.09382g/mol무색 투명하고 단맛이 나는 끈기 있는 액체로 흡습성이 강하다. 아주 순수한 글리세롤을 강하게 냉각하면 녹는점 17.8°C의 결정을 얻는데, 과냉각을 일으키기 쉽다. 물과 알코올에는 임의의 비율로 섞이지만, 탄화수소에는 녹지 않는다.【생성】지방산과의 에스터로서 유지(油脂)나 지질(脂質) 등의 형태로 동·식물계에 널리 분포한다. 비누 제조 시의 부산물에서 제조되었으나, 근년에는 석유의 분해과정인 크래킹(cracking) 중에 의해 생기는 프로필렌에서 염화알릴을 거쳐 합성하는 방법이나, 효모의 글리세롤발효(알코올발효의 한 변형)의 생성물로서 얻는 방법 등이 알려져 있다.【이용】인체 내에서 간에서 글루코오스로 전환되어 세포대사의 에너지로 이용되며, 1g당 4.32kcal의 열량을 갖는다. 흡습성을 이용하여 식품의 건조를 막기 위해 사용한다. 나이트로글리세린의 제조원료로도 쓰인다. 나이트로글리세린 제조에 쓰이는 글리세롤은 수분이 포함되어 있으면 부적당하므로 비중 1.26 이상, 수분 1.5% 이하인 높은 순도(純度)의 것만이 사용된다. 이 밖에 식품·화장품의 건조방지제·정미제(呈味劑), 도료·인쇄잉크·투명비누의 제조원료, 분석시약 등에 널리 이용된다. 외용약(外用藥)으로 사용할 때는 희석하여 바르거나 글리세롤연고로 사용하며, 희석하여 관장제(灌腸劑)로 사용하거나 좌약(坐藥), 점활제(粘滑劑)로도 이용된다. 세포나 세포소기관, 바이러스와 같은 혼합물의 원심분리 시 이용하기도 한다.[네이버 지식백과] 글리세롤 [glycerol] (두산백과)-지방산카르복시기 1개를 가진 카르복시산 RCOOH 중 사슬식 구조를 가진 것을 총칭하여 지방산이라 한다. 노르말 사슬 구조의 것과 알킬기에 곁사슬이 있는 것이 있고 또 포화 지방산과 불포화 지방산이 있다.【존재】팔미트산, 스테아르산, 올레산 등 탄소수가 많은 산을 글리세릴에스테르로 유지를 구성하고, 널리 동물 지방이나 식물유의 성분으로 산출한다. 지방산의 2) 아크롬산구리의 접촉하에 고압 수소를 사용해서 라우르산에틸을 환원한다.【성질】잎모양 결정(에탄올-물에서 재결정). 녹는점 26℃, 끓는점 255~259℃, 150℃/20mm, 145~148℃/18mm. 0.8201. 물에 녹지 않고, 에탄올, 에테르에 녹는다.【용도】세제, 표면 활성제, 가소제의 원료.[네이버 지식백과] 라우릴알코올 [lauryl alcohol] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-페놀프탈레인C20H14O4＝318. 6국 기재. 1971년 A.v. Bayer가 만든 지시약.【제법】프탈산 무수물과 페놀을 가열 반응시킨다.【성질】무취의 백색 혹은 미황백색의 결정성 분말로 공기 중에서 안정하다. 에탄올에 녹는다. 에테르에 잘 안 녹는다. 물에 거의 안 녹는다. pH 8.3~10에서 무색~적색으로 변한다.【용도】1) 분석 시약ⅰ) 산염기 지시약 : 변색역은 pH 8.0~9.8. 산성색은 무색. 염기성색은 적색. 가장 넓게 사 용되고 있는 지시약의 하나이다.ⅱ) 카드뮴의 검출 : 수산화카드뮴의 침전에 흡착되어서 심홍색을 나타낸다.ⅲ) 금의 검출 : 35~40℃에서 금과 반응하여 보라색을 나타낸다.2) 의약으로서 완화제로 이용된다. 사용량 : 1회 0.1g, 1일 0.3g.【주의】극약. 극량 : 1회 0.5g, 1일 1g.[네이버 지식백과] 페놀프탈레인 [phenolphthalein] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-에탄올상태 : 무색의 액체 / 밀도 : 0.789g/cm3 (20℃) / 녹는점 : -114.3℃끓는점 : 78.4℃ / 화학식 : C2H6O / 분자량 : 46.07g/mol에틸알코올이라고도 하며 술의 주성분이라고 하여 주정으로도 불린다. 분자식 C2H5OH이다. 사슬모양 탄화수소는 지방족 탄화수소라고도 하며 탄소의 수에 따라 붙여지는 이름도 달라진다.에탄올은 지방족 탄화수소 화합물 중 탄소 원자가 두 개인 에테인(C2H6)에 수소 원자가 하이드록시기(-OH)로 치환된 화합물로 지방족 탄화수소 유도체이다. 무색이타낸다.

자연과학| 2020.10.14| 14페이지| 2,000원| 조회(255)

비누, 비누 만들기, 화학및실험2

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화학및실험2 - 의약품 합성 - 아스피린

의약품 합성 - 아스피린1. Title의약품 합성 ? 아스피린2. Date2016년 11월 8일 화요일3. Purpose가장 성공적인 의약품의 하나인 아스피린을 합성하여 유기 합성의 의미를 배운다.4. Theory탄소 화합물을 중심으로 하는 유기 화합물의 인공적인 합성은 현대 화학의 핵심이며, 합성 의약품의 눈부신 발전을 가능하게 함으로써 인류의 건강 증진에 핵심적인 기여를 하였다. 특히 유기 합성은 1971년 미국의 화학자 우드워드(R. B. Woodward, 1971~1979)가 비타민B _{12}의 인공적인 합성에 성공함으로써 새로운 물질을 창조하는 “예술”의 경지에 이르게 되었다.탄소를 비롯한 원소들을 원하는 위치에 결합시키는 유기 합성에서는 원자들의 상대적인 결합뿐만 아니라 3차원적인 구조까지 조절해야 하는 매우 복잡한 과정이다. 원자의 크기가10 ^{-8}cm에 지나지 않고,10 ^{23}개라는 엄청난 수의 분자들이 모두 똑같은 화학 반응을 일으키도록 하는 실험은 다른 어떤 것과도 비교할 수 없는 어려운 일임에 틀림이 없다. 유기 합성에서 어쩔 수 없이 만들어지는 불순물은 유기 합성의 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 유기 합성으로 합성한 물질을 실용적으로 이용할 수 없도록 만들기도 하기 때문에 반응의 효율을 높여서 불순물이 생기지 않도록 하거나 불순물을 완전히 제거하는 기술도 중요하다. 특히 의약품 합성의 경우에는 서로 거울상에 해당하는 광학 이성질체들이 서로 전혀 다른 생물 화학적 특성을 나타내기 때문에 탄소를 중심으로 하는 비대칭 중심(chiral center)도 정확하게 조절해서 원하는 이성질체만을 선택적으로 합성해야 하는 어려움도 극복하고 있다.현대 화학에서는 유기 합성으로 수백 개의 탄소가 결합된 복잡한 구조의 화합물도 비교적 쉽게 합성할 수 있는 단계에 있으며, 이제는 생체에서 생물학적 활성을 나타내는 지극히 복잡한 유기 화합물의 합성을 시도하고 있다.아스피린대부분의 유기 합성은 시작 물질(starting material)로부터 시작하여 여)유리 막대(glass rod)스탠드(stand)클램프(clamp)눈금 실린더(graduated cylinder)감압 거름장치(뷰흐너 깔대기, 감압 플라스크){suction filtration apparatus (Buchner funnel, suction flask)}녹는점 측정장치(melting point apparatus)온도계(0~150℃)(lab thermometer)거름 종이(filter paper)B. 시약살리실산(salicylic acid)아세트산 무수물(acetic anhydride)85% 인산(phosphoric acid)석유 에터(petroleum ether, 끓는점 30~60℃)얼음(ice)에틸 에터 (ethyl ether)6. Procedure1) 살리실산 2.5g을 50mL 삼각 플라스크에 넣고 아세트산 무수물 3mL를 넣는다. 이때 용기 벽에 묻은 살리실산을 모두 씻어낼 수 있도록 용기 벽을 따라 무수물이 흘러내리도록 하는 것이 좋다.2) 그림 35-1과 같은 물중탕 장치를 준비하여 삼각 플라스크를 고정시킨다.3) 85% 인산 3~4 방울을 촉매로 넣어 주고 70~85℃로 유지하여 10분간 가열하면 반응이 완 결된다.그림 35-1 아스피린 합성 장치4) 이 용액에 증류수 2mL를 조심스럽게 넣어서 반응하지 않고 남아있는 아세트산 무수물을 분해시킨다. 아세트산 무수물이 분해되는 동안에 아세트산 증기가 발생하므로 실험실의 환 기가 잘되도록 한다.5) 아세트산 증기가 더 이상 발생하지 않으면 삼각 플라스크를 물중탕에서 꺼내 증류수 20mL를 넣어주고 실온까지 냉각시킨다.6) 아스피린 결정이 생성되지 않을 경우 삼각 플라스크를 얼음물로 냉각시키고 유리 막대로 삼각 플라스크 안쪽을 긁어준다.7) 생성된 결정을 감압 여과기로 걸러낸 후 5mL의 얼음물로 씻고, 다른 거름 종이로 옮겨 공 기 중에서 10~20분 동안 말려서 무게를 잰다.8) 아스피린 1.0g 정도를 덜어서 삼각 플라스크에 넣고 5mL 에틸 에터를 넣어서 물중탕으로 가열하여 녹인다. functional group 獨 funktionelle Gruppe])(2) 고분자 전해질인 이온 교환 수지로 다시 반응할 수 있는 기라는 의미에서, 교환기 또는 활성기에 대응해서 이용되는 경우가 있다.[네이버 지식백과] 작용기 [作用基, functional group, functioning group] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-에스터화 반응:에스터는 과일 등 생물체에 흔히 존재하는 물질로 분자량이 작은 것은 휘발성이 꽤 크며 아름다운 향기를 가지고 있다.에스터는 알코올과 카복실산으로부터 합성할 수 있는데, 이 반응을 에스터화 반응이라고 한다. 이 반응을 일반적인 화학반응식으로 나타내면 다음과 같다.RCOOH + R'OH → RCOOR' + H2O카복실산 알코올 에스터 물이 반응에서 유의할 점은 알코올의 탄소와 산소 결합은 그대로 유지된 채로 에스터에 남아 있게 되고, 카복실산의 아실기가 알코올의 수소 원자 대신 결합된 형태라는 점이다.[그림] 벤조산과 메탄올로부터의 에스터 형성 반응식[네이버 지식백과] 에스터화 반응 [esterification] (두산백과)-무수물: 그리스어의 접두어 a- 또는 an-은 「~가 없다」(the absence of)는 뜻을 가지며 anhydride는 ‘물이 없다’를 의미하고 있다. 따라서 무수염, 무수 산화물 등을 말하지만, 보통은 무수 산화물을 가리킨다. 여기에는 염기성 무수물(英 basic anhydride)과 산무수물(英 acid anhydride)이 있다. 알칼리 금속 및 2가 금속 Ca, Sr, Ba 등의 산화물이 주요한 염기성 산화물이지만, 이들이 물과 반응하면 염기를 생성하므로 염기성 무수물이라고도 부르고 있다. 또 오산화이인과 이산화황 같은 비금속 산화물은 물과 반응하여 산을 형성하므로 산성 산화물이라 불리며, 또 이들 산으로부터 탈수해도 산성 산화물이 얻어지므로 산무수물이라 불린다. 또 마찬가지로 유기산 2분자 또는 디카르복시산 등으로부터 물분자를 취한 것도 산무수물이라 한다. 아세트산 劑), 결합제 또는 붕괴제를 첨가하고 균등하게 혼합하여 입자상으로 만들고, 활택제(滑澤劑)를 첨가하여 압축해서 만든 것이다」라고 되어 있는데 이 정의에 의한 것은 압축 정제이다. 정제에는 이 밖에 습제(濕製) 정제가 있다. 정제의 부형제로는 보통 락토오스, 녹말, 자당 또는 글루코오스, 결합제로는 아라비아 고무, 트라가칸트 고무, 젤라틴, 물, 알코올, 붕괴제로는 녹말, 활택제로는 탤크(tak), 왁스, 스테아르산 등이 쓰인다. 정제는 특수한 목적으로 사용하는 것 이외는 적당한 붕괴성이 필요하며 그 때문에 6국에서는 붕괴도의 시험 규정이 있다.정제는 주로 내복용으로 사용되지만 그외에 외용약도 있어 사용 목적에서 분류하면 다음과 같은 것이 있다.1) 내복용 : 내복정, 비등정, 조제정, 트로치정, 버칼정 등.2) 외복용 : 용해정, 삽입정(펠릿 : 주로 호르몬제 등으로 이용되는 것으로 약물의 순수품으로 만든 특수한 정제로 근막 밑에 이식하는 것), 주사정, 시약정 등. 또 정제는 미관, 품종의 판별 등을 위해 착색제를 첨가하거나 맛을 위해 당의를, 또는 필요에 따라 적당한 껍질을 입히기도 한다.[네이버 지식백과] 정제 [錠劑, tablet, Tablette] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-광학 이성질체:입체 이성질체의 일종. 광학 이성질 현상에서 나타나는 광학 활성 이성질체를 말한다. 비대칭 중심이 1개만 존재하는 분자의 광학 이성질체는 서로 실체와 거울상과의 관계에 있는 1쌍의 대장체(對掌體)뿐인데 일반적으로 서로 다른 n개의 비대칭 중심을 가진 분자에는 2n개의 광학 이성질체가 존재하여 2n/2쌍의 광학 대장체로 이루어지고 있다. 따라서 라세미체 결정에도 2n/2 종류가 있다.예를 들면 Cabe-Cdef인 분자에서 2개의 비대칭 탄소 원자가 서로 무관하게 대장체 배치를 하고 있으면 2쌍의 대장체로 이루어진 그림의 4개 광학 이성질체의 존재가 가능하다(그림 Ⅰ의 Cabc와 Cdef의 입체 배치를 기준으로 한 각 비대칭 탄소가 갖는 광회전 기여(한다. 수증기와 함께 증발한다. 연소열(일정 압력) 728.2kcal. K 25℃, 1.06×10－3. 에탄올, 에테르, 아세톤에 쉽게 녹는다. 물, 벤젠에 녹는다. 약 200℃에서 분해하여 페놀이 된다. 염화철(Ⅲ)에서 보라색을 띤다. 해열 및 진통 작용을 갖고 있지만, 소화관을 자극하므로 내복할 수 없으며, 이것을 위해서는 염류가 사용된다.【용도】1) 여러 종류의 매염 아조 염류, 직접 염료의 중간체로서 중요.2) 6국 방부제, 각질 용해제, 피부병 치료제로서 외용한다. 6국의 제제에는 살리실산정, 탤크 가루, 픽(Pick) 경고 등이 있다.3) 식품의 방부제로서는 식품 위생법에 의해 보존료로서 청주, 합성 청주, 과실주에 있어서는 1L 중 0.25g 이하, 초에 있어서는 1L 중 0.06g 이하의 첨가가 허용되고 있다. 술 중의 살리실산의 검출은 산성하에 에테르-석유 에테르(1 : 1) 혼합액으로 추출하고, 산화철(Ⅲ)을 가해 생기는 보라색의 유무로 행해진다.4) 분석 시약으로서는 철(Ⅲ), 구리, 티탄의 비색 정량 시약이 된다. pH 2.5~2.8로 철(Ⅲ)과 반응하여 보라색의 분자 내 착화합물을 만들며 철의 비색 정량에 이용된다(측정 파장 520mμ). 구리와 반응하여 적색을 띠며, 그 정량에 사용된다. 또한 많은 페놀류와 마찬가지로 진한 황산 용액 중에서 티탄(Ⅳ)와 반응하여 갈적색을 띠며 그 정량에 사용된다.[네이버 지식백과] 살리실산 [-酸, salicylic acid, Salicylsaure] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)8. Result1. 아스피린의 합성1) 사용한 살리실산의 무게 2.5 g2) 사용한 아시트산 무수물의 부피 3 mL3) 사용한 아세트산 무수물의 무게(밀도 = 1.08g/mL) 3.24 g1.08g/ml*3ml=3.24g4) 얻은 아스피린의 무게 3.90 g4.81g-0.91g(거름종이)=3.90g5) 아스피린의 이론적 수득량 3.24 gC _{7} H _{6} O _{3} +C _{4} H _{6} O _{반응식

자연과학| 2020.10.14| 13페이지| 2,000원| 조회(158)

아스피린, 의약품 합성, 화학및실험2

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화학및실험2 - 양이온의 정성분석

양이온의 정성분석1. Title양이온의 정성분석2. Date2016년 11월 1일 화요일3. Purpose양이온의 정성분석이란 단일물질 또는 혼합물의 조성 중 양이온의 성분을 화학적인 성질을 이용하여 검출하는 실험법이다.특히 혼합물을 분석할 경우에는 계통적인 실험방법이 요구되므로 검출물을 적당한 용매에 녹여 용액으로 만든 후 여러 가지 시약을 가하여 화학반응을 시키고 각 성분이온으로 분리한 후 확인반응을 통하여 검출하는 습식법과 필요에 따라 불꽃반응과 같은 고온에서의 물질의 특성을 이용한 건식법도 이용된다.또한 취급하는 성분의 함량에 따라 상량분석(0.1g), 반미량분석(0.01g~0.1g), 미량분석(0.001g~0.01g) 및 초미량분석(0.001g이하)으로 분류할 수 있다. 여기서는 반미량 분석법을 채택하여 양이온의 화학적 성질과 그 상호간의 분리 및 확인법을 학생들에게 익히도록 하는데 그 목적을 두고 있다.4. Theory1.양이온의 부족원리이 실험에서는H _{2} S분석법에 따라 약20여종의 양이온을 표35-1에서와 같이 6개의 족으로 나누고 각 족을 다시 성분이온별로 분리한 뒤 확인 실험을 통하여 검출한다.(1)제 1족(Ag ^{+},Pb ^{2+},Hg _{2} ^{2+})분족시약으로HCl 또는NH _{4} Cl을 가하여 수용액 및 묽은 산성 용액에서 난용성 염화물을 형성하게 하여 다른 이온들과 분리한다.(2)제 2족①구리족(Cu ^{2+} ,Cd ^{2+} ,Bi ^{2+} ,Pb ^{2+} ,Hg ^{2+})②주석족(Sn ^{2+,4+} ,Sb ^{3+,5+} ,As ^{3+,5+})분족시약으로H _{2} S phantom{}를 사용하되 0.3NHCl산성에서 황화물 침전을 형성하게 하여 다른 이온과 분리한다. 또한 황화물의(NH _{4} ) _{2} S _{2}에 대한 용해도에 따라 녹지 않는 구리족과 녹는 주석족으로 나눈다.(3)제 3족 (Fe ^{2+,3+} ,Al ^{3+} ,Cr ^{3+})제3족 이온들은 물에 녹고 산성에서H _{2} _{4} Cl을 가하면 양이온 제1족(Ag ^{+},Pb ^{2+},Hg _{2} ^{2+})은 모두 염ㅁ화물로 침전되며 이것은 물 또는 묽은 산에 녹지 않으므로 다른 족의 양이온들과 분리할 수 있다. 이 실험에서 는 1족 양이온의 특성을 각개반응을 통하여 이해한 다음 이들의 특성을 이용하여 그림 36-1과 같이 양이온 제1족 혼합액을 서로 분리해서 특수시약으로 확인하는 계통분석을 한다.그림 36-1 양이온 제1족 계통 분석도1.양이온 제 1족의 각개 반응 실험(1)Ag ^{+}의 확인①AgNO _{3} 연습액 1mL에d-HCl을 가하여 침전을 완결시키고, 원심 분리하여 생긴 침전 을 5개의 시험관으로 나눈 다음,㉠온수를 가하여 녹는가 보아라.㉡c-NH _{4} OH 2~3방울을 가하여 녹는가 보고, 녹으면 페놀프탈레인 1방울을 가하고, 다 시d-HNO _{3}로 빨간색이 없어질 때까지 가하였을 때, 다시 흰색 침전이 생기는가를 보아라.㉢c-NH _{4} OH 2~3방울을 가하여 녹인 다음,d-NaOH와HCHO 1방울씩을 가하여 가열 해 보아라.㉣ 0.2MKCN 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.㉤c-HCl 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.?AgNO _{3} 연습액 1mL에d-NaOH를 가하여 침전을 완결시킨 후, 원심 분리하여 생긴 침전을 3개의 시험관에 나눈 다음,㉠c-NaOH를 더 가하여 녹는가 보아라.㉡d-NH _{4} OH 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.㉢d-NHO _{3} 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.(2)Pb ^{2+}의 확인①Pb(NO _{3} ) _{2} 연습액 1mL에d-HCI을 가하여 침전을 완결시킨 후, 원심 분리하여 생 긴 침전을 3개의 시험관에 나눈 다음㉠ 온수를 가하여 녹는가 보아라.㉡c-HCl 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.㉢c-NH _{4} OH 2~3방울을 가하여 녹는가 보아라.?Pb(NO _{3} ) _{2} 연습액 1mL에 0.2MK _{2} CrO _{4}를 가하여 생긴 침전을 완결시킨 후, 원심 분리하여 은 상층액과 합하여 제2족 이하의 시료 용액으로 한다.(주1)[침전1. AgCl,PbCl _{2},Hg _{2} Cl _{2}(전부 흰색)]침전에 1mL의 물을 가하여 수욕 중에서 가온한 다음, 곧 원심 분리하고 상층액의 분석을 먼저 한다.(주2)[상층액 1.]제2족 이하의 시료 용액[상층액 2.Pb ^{2+}][Pb ^{2+}의 확인] 이 용액을 2등분하여,(1) 0.2MK _{2} CrO _{4} 5방울을 가할 때PbCrO _{4}(노란색)가 생기면Pb ^{2+}이 존재한다.(2)d-H _{2} SO _{4} 3~4방울을 가할 때PbSO _{4}(흰색)가 생기면Pb ^{2+}이 존재한다. 만일 침전이 생기지 않으면 알코올 여러 방울을 가하여 준다.(주3)[침전 1. AgCl,Hg _{2} Cl _{2}, (PbCl _{2})]Pb ^{2+}이 존재하면 여러 번 온수로 세척하여, 세척액이Pb ^{2+}의 반응이 없을 때, 침전에d-NH _{4} OH 10방울을 가하여 잘 흔든 다음 원심 분리한다. 이 조작을 두 번 되풀이하여 전후의 상층액을 합한다. (주4)[상층액 3.Ag(NH _{3} ) _{2}^{phantom{} +}][Ag ^{+}의 검출] 페놀프탈레인 1방울을 가하고 빨간색이 없어질 때까지d-HNO _{3}를 1방울씩 흔들면서 가할 때,AgCl(흰색)가 생기면Ag ^{+}이 존재한다.[침전2.Hg(NH _{2} )Cl+Hg(검은색)][Hg _{2}^{``````2+}의 검출] NaOCl 5방울과 d-HCl 2방울을 가하여 침전을 녹이고 원심 분리한다. 상층액에 물 10방울을 가하고 식힌 다음SnCl _{2} 1~2방울을 가할 때 검은색 침전이 생기면Hg _{2}^{``````2+}이 존재한다.7. Reference- 정성분석:피검 물질이 어떠한 화학종으로 이루어지는가를 감식할 목적으로 실시하는 분석법의 총칭. 항상 정량 분석에 앞서 하게 된다. 일반적으로 원소, 이온, 기, 원자단, 분자 등의 검출 확인에는 각각에 이미 알려진 특이 반응 및 물리적알루미늄 또는 황산알루미늄칼륨을 첨가하면 신속하게 침전되어 상층액이 얻어진다. 기울여 따르기법에서는 이 상층액만을 깔때기로 옮김으로써 거름 속도를 증가시킬 수 있다.[네이버 지식백과] 상층액 [上層液, supernatant liquid, uberstehende Flussigkeit] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-Bi: 원자 번호 83, 원자량 209.00. 15세기경부터 이미 기술되고 있었지만 납, 주석, 안티몬과 혼동되었고, 그 화학적 성질은 18세기경부터 확실하게 되었다. 약용으로서는 19세기 말부터 이용되고 있다. 명칭에 관해서는 여러 가지 설이 있어 일정치 않다.【존재】클라크수 2×10－5(제67위). 친구리족 원소로서 황화물상(黃化物相) 중에 분배되어 있고, 지표에서는 순환 원소에 속한다. 산출 상태는 자연창연의 형이 가장 많고, 또 황화물, 산화물, 탄산염, 비산염 등의 광물로서 존재하며, 이것들은 은, 니켈, 주석의 광석과 함께 편마암, 화강암, 운모 편암, 각섬 편암 중에 광맥을 형성하고 있다. 볼리비아, 페루, 멕시코, 오스트레일리아 등에서 많이 산출된다.【제법】구리나 납 제련의 부산물로 얻을 수 있다. 특히 구리 전기 제련의 애노드 슬라임 중에 많다. 질산비스무트를 강열하여 산화물로 하고 이것을 자기제 도가니 속에서 시안화칼륨과 용해 환원한다. 비스무트 210(RaE)를 만들려면 RaD 염화물의 염산 용액을, 또는 비스무트 212(ThC)를 만들려면 토륨 B의 염산 용액을 각각 니켈 또는 백금 전극을 이용해서 전해 석출시킨다.【화학적 성질】습도가 높은 공기 중에서는 안정하게 존재한다. 그러나 물에 덮이면 수산화물, 산화물, 탄산염 등을 만들며 변색한다. 공기 중에서 가열하면 달구어진 칼과 같은 색이 되고, 다시 증발할 때까지 가열하면 청색의 불꽃을 내며 타서 산화물을 만들고, 차가운 부분에 황색으로 부착한다(창연화). 플루오르, 염소와는 발화해서 반응하고, 브롬, 요오드와는 가열하면 반응해서 할로겐화비스무트를 만든다. 알칼리 이황화탄소, 진한 암모니아수에 녹지 않는다. 수용액은 70℃에서 분해되어 암모니아와 이산화탄소와 물로 된다. 시판되는 탄산암모늄은 NH4HCO3ㆍNH4CO2NH2의 조성을 갖는 백색 결정으로, 가열하면 승화한다. 용해도 물 15℃, 25g/100g ; 65℃, 67g/100g.【용도】1) 분석 시약 2) 각종 암모늄염의 원료 3) 의약품 : 6국 기재의 것은 NH4HCO3와 NH4CO2NH2와의 혼합물로 암모니아로 30~33% 함유하고, 위산 과다와 두통이 병발하였을 때 제산제로 내복. 용량 : 1회 0.3g, 1일 1g.[네이버 지식백과] 탄산암모늄 [炭酸-, ammonium carbonate, Ammoniumcarbonat] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-H _{2} S: 황화수소 분자량 34.08천연으로는 화산 가스나 광천에 포함되어 있다. 황을 포함하는 단백질의 부패로도 생긴다.【제법】가장 간단하게는 황화철에 묽은 염산 또는 묽은 황산을 작용시켜 얻는다. 순수한 황화수소를 얻으려면 황화칼슘과 염화마그네슘의 혼합 수용액을 가열한다. 발생하는 가스를 ⅰ) 물, ⅱ) 수산화바륨 포화 용액, ⅲ) 염화칼슘, ⅳ) 오산화이인, ⅴ) 드라이아이스 순으로 통하여 정제, 건조, 액화시킨다.【구조】분자는 이등변삼각형, 결합 간격(기체) H-S 1.345Å, 결합각 ∠HSH 93°(마이크로파 영역의 회전 스펙트럼에서).【성질】무색, 특이한 냄새(썩은 계란 냄새)가 있는 유독 기체. 녹는점 －82.9℃, 끓는점 －59.6℃. d 1.1895(공기＝1). 임계 온도 100.5℃, 임계압 89기압. 용해도 물 0℃, 437mL/100mL ; 40℃, 186mL/100mL : 에탄올, 이황화탄소에 녹는다. 공기 중에서 청색 불꽃을 내며 타서 이산화황이 된다. 400℃에서 분해하기 시작하고 1700℃에서는 완전하게 성분 원소로 분해한다. 수용액은 약한 이염기산. K1 0.9×10－7, K2 0.12×10－4. 여러 종류의 금속과 황화물을 만들기 쉽다. 분석 화학긴다.

자연과학| 2020.10.14| 13페이지| 2,000원| 조회(419)

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화학및실험2 - 인산의 적정과 완충용액

인산의 적정과 완충 용액1. Title인산의 적정과 완충 용액2. Date2016년 10월 18일 화요일3. Purpose인산의 적정을 통해서 다양성자산의 적정 곡선을 익히고, 완충 용액의 원리와 중요성을 배운다.4. Theory산이나 염기를 넣어 주어도 용액의 pH가 거의 변화하지 않는 현상을 완충 작용이라고 하고, 이런 특성을 가진 용액을 완충 용액(Buffer Solution)이라고 한다. 완충 작용은 인체를 비롯한 생물체에서 흔히 찾을 수 있으며, 생화학과 의학 등의 여러 분야에서 그 중요성이 널리 알려져 있다. 우리 몸 속의 혈액은 대표적인 완충 용액이다. 혈액은 pH 7.4의 완충 용액으로 혈액의 pH가 ±0.2 정도만 변해도 생명에 위협이 될 정도이다. 따라서 혈액의 완충 작용이 없다면 우리 몸은 시시각각으로 우리 몸에 유입되는 여러 종류의 산과 염기에 적절하게 대응하지 못하게 될 것이다.완충 작용을 이해하기 위해서 pH가 5인 용액 몇 종류를 생각해 보자. 먼저 0.1M 염산(HCl)을 0.1M 수산화 나트륨(NaOH)으로 적정하는 경우에 대부분의 염산이 중화되고10 ^{-5}M만 남아있을 경우에 용액의 pH는 5가 된다. 이때 용액 속에 들어있는 수소 이온은 중화되지 않은 염산이 완전히 해리해서 생긴 것이고, 물이 해리되어 생긴 수소 이온의 농도는 무시할 수 있다. 그림 13.2에서 알 수 있는 것처럼 pH 5 정도가 되면 당량점에 충분히 가까운 상태이고, 여기에 수산화 나트륨 용액을 한 방울만 넣어도 pH는 급격하게 증가하게 된다. 즉, 센 산인 염산과 센 염기인 수산화 나트륨이 해리할 때 생기는Cl ^{-}와Na ^{+}는 용액의 수소 이온 농도의 변화에 아무런 영향을 미치지 않기 때문에 넣어준 염기의 양에 따라서 용액의 수소 이온 농도가 민감하게 변하게 된다. 이런 사정은 진한 염산(12MHCl)을 묽혀서10 ^{-5}M 염산 용액을 만들었을 경우에도 마찬가지이다.이제 0.1M 아세트산(CH _{3} COOH,`HAc)을 0.1MNaOH로온은 짝염기와 결합하여 약산이 되고, 넣어준 염기는 해리하지 않은 상태의 약산을 해리시켜서 수소 이온을 보충하기 때문에 용액의 수소 이온의 농도는 변화가 크게 나타나지 않는다.아세트산과 아세트산 나트륨을 섞어서 만든HAc-Ac ^{-} 완충 용액을 예로 완충 작용에 대해 좀 더 생각해 보자. 물 속에서 아세트산은 아세트산 이온과 다음과 같은 평형을 이루게 된다.HAc`(aq)`+`H _{2} O`` LRARROW `Ac ^{-} `(aq)`+`H _{3} O ^{+} `(aq)이 용액에 아세트산 이온을 넣어주면 르샤틀리에의 원리에 의해서 역반응이 진행되므로 아세트산이 만들어지고, 수소 이온의 농도는 감소하게 된다. 마찬가지로 외부에서 넣어준 산에 의해서 용액의 수소 이온 농도가 커지면, 역반응이 진행되어 아세트산이 생기면서 수소 이온 농도의 증가를 줄여준다. 또한 외부에서 염기를 넣어서 용액 속의 수소 이온 농도가 감소하게 되면 정반응이 일어나서 용액 속의 아세트산이 해리됨으로써 수소 이온 농도의 감소를 막아주게 된다. 이처럼 완충 용액에는 외부에서 넣어준 산이나 염기에 의한 수소 이온 농도의 변화를 완충시켜주는 역할을 할 수 있는 아세트산과 아세트산 이온이 충분히 들어있어야 한다.완충 용액의 pH는 헨더슨-하셀발치(Henderson-Hasselbalch) 식으로 주어진다.pH`=`pK _{a} `+`log` {[Ac ^{-} ]} over {[HAc]}여기서K _{a}는 산해리 상수이고,pK _{a}는-log`K _{a}를 나타낸다. 즉, 완충 용액의 pH는 아세트산의 산해리 상수 (1.75 TIMES 10 ^{-5}) 및 아세트산 이온과 아세트산의 농도비에 의해서 결정된다. 산이나 염기를 넣어주어도 아세트산 이온과 아세트산의 농도비가 많이 바뀌지 않기 때문에 완충 효과가 나타난다. 특히 아세트산과 아세트산 이온의 양이 넣어준 산이나 염기의 양보다 훨씬 많을 경우에는 완충 효과가 더 잘 나타난다. 그리고 아세트산과 아세트산 이온의 농도가 같으면 pH는pK _{-8}#HPO _{4} ^{2-} ` LRARROW `H ^{+} `+`PO _{4} ^{3-} ``````````````````````````````````````````````````K _{a3} `=`7.1` TIMES `10 ^{-13}이 실험에서는NaOH로 인산을 적정하면서H _{3} PO _{4}가 모두 소모되는 제1당량점과H _{2} PO _{4} ^{-}가 모두 소모되는 제2당량점을 결정하고,H _{3} PO _{4}와H _{2} PO _{4} ^{-}로 구성되는 완충 영역과H _{2} PO _{4} ^{-}와HPO _{4} ^{2-}로 구성되는 완충 영역에 대해서도 조사해본다. 인산의 두 번째 해리 단계인H _{2} PO _{4} ^{-}의 해리는 매우 독특한 것으로 인산이 유전 정보를 전달하는 DNA의 골격이 되고, 인산의 화합물인 ATP가 모든 생명체의 공통적인 에너지 화폐로 사용되는 이유가 된다.5. Instruments & ReagentsA. 실험기구100mL 부피플라스크100mL 비커뷰렛20mL 홀 피펫pH 미터B. 시약0.10M 인산0.10M 수산화 나트륨증류수6. Procedure1) 100mL 비커에 피펫으로 0.10MH _{3} PO _{4} 20mL를 넣고 자석식 젓게로 잘 저어주면서 pH 미터를 이용해서 pH를 측정한다.2) 0.10MNaOH 용액으로 뷰렛을 채우고, “실험 결과”의 표에 지시된 만큼씩의NaOH용액을 인산이 담긴 비커에 넣고, pH 미터의 눈금이 안정될 때 까지 기다려서 pH를 측정한다.3) 시간이 허용되면 한 번 더 반복한다.7. Reference-산 염기:(1) Brønsted의 산염기 : J.N. Brønsted(1923년)의 정의에 의하면 프로톤(양성자) H＋를 부여하는 것(프로톤 주게)은 산이며, 프로톤 받게는 염기이다. 즉로 표시되는데, AH와 A－ 또는 B와 BH＋는 각각 짝산과 짝염기(英 conjugated acid and base)라고 불린다. 산의 강도는 산도 상수(acidity const과 아세트산나트륨으로 만든 왈폴 완충액(英 Walpole buffer solution)(pH 3.6~5.6), 탄산나트륨과 탄산수소나트륨으로 만든 멘첼 완충액(英 Menzel buffer solution)(pH 8.94~11.37), 시트르산과 인산수소이나트륨으로 만든 매킬베인 완충액(英 MacIlvaine buffer solution)(pH 2.2~8.0), 바르비탈의 나트륨염을 이용하는 미하엘리스 완충액(英 Michaelis buffer solution)(pH 6.8~9.60), 인산, 붕산, 아세트산 및 수산화나트륨을 혼합해서 만든 브리턴-로빈슨 완충액(英 Britton-Robinson buffer solution)(pH 1.81~11.98) 등이 있다.[네이버 지식백과] 완충액 [緩衝液, buffer solution, Pufferlosung] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-적정:화학종의 농도를 구하기 위해 피험 용액(被驗溶液)이 가진 반응 능력을 측정하는 일련의 조작. 물질의 정량에 이용된다. 부피를 이미 알고 있는 피험 용액에 그 속에 포함되어 있는 피험 물질과 반응하는 시약(적정제라 한다)을 피험 물질의 전량이 정량적으로 반응해 버리는 데 필요한 양만큼 첨가하고 이 양에서 화학량론적인 계산에 근거하여 피험 용액이 가진 반응 능력을 결정한다. 가장 보통으로 이루어지는 조작에서는 적정제의 농도를 이미 알고 있는 용액을 만들고 이것을 뷰렛에서 피험 용액 안에 떨어뜨려 반응에 필요한 적정제의 양을 부피 단위로 측정한다. 이러한 조작을 하지 않는 것도 있다(? 전기량 적정, 고체 적정, 가스 적정, 중량 적정). 피험 물질의 전량이 모두 반응하고 끝난 점, 즉 적정 종말점을 알려면 여러 가지 수단을 취해야 한다. 가장 간단한 것은 육안에 의한 방법이다. 이 경우의 적정을 시각 적정(英 visual titration)이라 하는 경우가 있다.이것에는 적정에 관여하는 물질의 색(예를 들면 과망간산염 적정) 또는 반응계에서 일어나는 색 이외의 육안적라서 구하는 종말점이 당량점과 완전히 일치하는 것이 용량 분석에 있어서 이상이다. 이 의미에서 당량점을 이론적 종말점이라고 부를 때가 있다. 지금 시료 A를 B의 표준액으로 적정하고 다음 식의 반응으로 C를 생성한다고 하면 A 1mol 혹은 1식량(式量)에 대하여 B가 정확히 2mol 또는 2식량 첨가되어 전혀 과부족이 없는 첨가점이 당량점이다.실제로 당량점과 실측되는 종말점과의 격차를 가능한 한 줄이기 위해 여러 가지 연구가 이루어지지만, 보통 일치하는 것은 아니다. 이 엇갈림에 의한 오차는 적정 오차 중 가장 본질적인 것이 된다.[네이버 지식백과] 당량점 [當量點, equivalence point, Aquivalenz-Punkt] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)-다양성자 산:산을 물에 넣으면 물속에서 해리되어 수소 이온을 내어 놓는다. 이때 한 분자가 1개 보다 많은 수소 이온을 내어 놓는 산을 다양성자 산이라고 한다. 이에 대해 한 분자가 한 개의 수소 이온을 내어 놓는 것은 일양성자 산이라고 한다.일양성자 산 : HCl, HNO3, CH3COOH 등다양성자 산 : 이양성자 산 H2SO4, H2CO3 등삼양성자 산 : H3PO4 등물에 녹지 않는 산의 경우에도 1몰의 산이, 1몰보다 많은 염기와 중화시킬 수 있으면 그 산도 다양성자 산이다.다양성자 산이 물에 녹아 수소 이온을 내는 경우, 수소 이온은 산 분자에서 하나씩 차례로 떨어져 나간다. 예를 들면, 황산은 물에 녹아 수소 이온 하나를 내어 놓고 황산수소 이온이 된다.H2SO4(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + HSO4-(aq)이 해리 반응은 완전히 진행된다. 그런 다음 황산수소 이온이 다시 해리되어 수소 이온을 내어 놓는다.HSO4-(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + SO42-(aq)삼양성자 산의 해리도 황산의 경우와 같이 단계적으로 일어난다.[네이버 지식백과] 다양성자 산 [polyprotic acid, 多陽性子酸] (두산백과)-르 샤틀리에의 원리:외부 작용

자연과학| 2020.10.14| 11페이지| 2,000원| 조회(263)

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