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BOD, COD 측정 실험 보고서

4주차 실험 보고서_BOD, COD 측정 실험1. 실험제목: BOD, COD 측정 실험2. 실험날짜: 2021.9.273. 이름:4. 실험조원:5. 실험원리BOD란 Biochemical Oxygen Demand의 약자로, 생물화학적 산소 요구량을 뜻한다. 수중에 포함된 유기물의 양을 간접적으로 표시하기 위해 가장 많이 사용되는 지표이다. 유기물을 미생물에 의해 호기성 상태에서 분해하고 안정화하는 데 요구되는 산소량을 mg/L 단위로 나타낸 것이다. 이는 하천에서 하폐수 등의 유입으로 인해 수질이 오염된 농도를 나타내기도 한다. BOD가 클수록 유기 오염 물질이 대상 수체에 많이 있다는 것을 의미한다. 산소를 소모하며 유기물이 제거되는 동안 BOD의 반응은 두 단계로 나뉜다. 1단계 BOD는 C-BOD로, 탄소를 좋아하는 호기성 미생물이 활발하게 활동하는 단계이다. 탄수화물이나 탄소를 포함한 단백질이 산소와 만나 CO2와 H2O를 생성한다. 즉, 제거되는 유기물이 탄소 화합물인 경우가 이 단계에 해당된다. 2단계는 N-BOD로, 질산화에 의해 질소화합물이 제거되는 단계이다. 보통 20℃의 조건일 때 20일동안 95에서 99% 정도가 산화되며, 5일동안 60에서 70%가 산화된다. 일반적으로 생물화학적 산소 요구량을 표시할 때에는 BOD5가 사용된다. BOD5는 20℃의 조건에서 5일동안 소비되는 산소량을 의미하는데, DO0에서 DO5를 빼서 구할 수 있다. 물에 녹아 있는 산소의 양에서 밀폐된 그릇에 5일간 넣어둔 물에 녹아 있는 산소의 양을 빼주는 것이다. 용존 BOD를 측정하는 방법은 식종 희석수를 사용하는지의 여부에 따라 두 가지로 나뉘는데, 식종 희석수를 사용하지 않는 경우 (DO0-DO5) x P로 구할 수 있다. 본 실험은 이 경우에 해당하며, P는 시료의 희석 배수를 뜻하는데, 1의 값을 가진다. 두 번째는 식종 희석수를 사용하여 측정하는 경우이다. (DO0-DO5-B x f) x P를 계산해서 구할 수 있다. B는 순수한 식종 희석수만의 BOD 농석 대상 물질과 선택적으로 반응하는 특성을 가져야 한다. 다음으로, COD는 Chemical Oxygen Demand의 약자로, 화학적 산소요구량을 의미한다. 이는 탄수화물과 같은 유기물을 화학적으로 산화시킬 때 소모되는 산소량을 뜻하며, BOD와 마찬가지로 특정 수체의 유기물량을 표현하기 위한 지표로 사용된다. 화학적으로 산화시킨다는 것은 산화제를 이용하기 때문인데, 대표적인 산화제로는 크롬법의 경우 K2Cr2O7, 망간법의 경우 KMnO4가 사용된다. 이때 어떤 산화제를 사용하느냐뿐 아니라 반응의 온도나 시간 등에 따라서 COD의 측정값은 상당히 다르게 산출될 수 있기 때문에 측정 방법을 함께 표시해야 한다. COD는 물 속에 녹아 있는 유기물을 포함한 산화될 수 있는 모든 오염 물질의 양을 산화에 필요한 산소의 양으로 환산해 나타낸 것이기 때문에, 일반적으로 BOD보다 그 값이 크다. 미생물이 처리 가능한 유기물을 BOD로 측정한다고 할 때, 미생물이 처리 불가능한 생물학적으로 분해가 어려운 난분해 유기물의 경우 COD로 측정하는 것이다. 측정 시간은 BOD는 보통 5일이 걸리는 반면 COD는 2시간 이내로 측정을 마칠 수 있어 쉽고 신속하다는 장점이 있다. 따라서 특정 수체에 대해서 유기물의 농도 변화를 알려고 하거나, 희석수를 이용한 방법으로 BOD를 측정할 때 희석비를 구할 때 응용하면 편리하다. COD 적정법은 우리나라 공정 시험법으로 세 가지가 있다. 산성 과망간산칼륨법은 KMnO4를 산화제로 하는 방법인데, 황산 은을 사용해 Cl-의 방해를 방지한다. 이 방법은 탄소 화합물의 산화는 가능하지만 질소질의 유기물은 산화하기 어렵다는 단점이 있다. 두 번째는 하수성 유기물의 처리에 적합한 알칼리성 과망간산칼륨법이다. 다음으로 중크롬산칼륨법은 K2Cr2O7를 산화제로 사용하며, 유기물이 거의 모두 산화된다. 이 적정법을 이용해 얻은 COD 값은 BOD20에 가까운 경우가 많다. 시료의 경우 채취 후 아이스박스를 이용해 이동하고 4℃에서 보관하며, 실험 소모한다. 이렇게 용존 산소가 계속 소모되면 물고기와 수중 식물의 서식이 어려워질 수 있다. 따라서 pH나 DO, SS의 측정 외에도 BOD와 COD를 측정해 필요한 경우 적절한 처리를 해야 한다. 본 실험은 경기도 여주시 금사면 금사로 40 이포보에서 채취한 시료의 BOD, COD를 측정하는 방법을 알아보기 위해 진행되었다. 측정법뿐만 아니라, 수체의 유기물 농도를 확인하는데 왜 산소, 그리고 산화제의 소모량을 확인하는지 그 원리를 이해하기 위해 본 실험을 진행한다.7. 실험 방법BOD의 측정은 BOD Incubator의 장비를 점검하고 전원을 켜고, 배양 조건의 온도를 규정 오차범위 1℃ 내에서 20℃로 맞추고 시작한다. Heater와 cooler의 작동을 확인하고, BOD 병 두 개와 적정 세트, DO 측정 실험용 시약을 준비한다. 시약은 황산 망간, 알칼리성 요오드화 Azid, 진한 황산, 전분 용액, 0.025N 티오황산나트륨이 사용된다. 본 실험에서는 식종 희석수를 사용하지 않으므로 시료의 희석 배수는 1이다. 먼저 깨끗한 용기에 시료를 넣고 충분히 혼합한다. 마개를 닫았을 때 시료가 마개 위에 남을 정도로 시료를 두 개의 BOD 병에 담고 BOD0, BOD5로 각각 라벨링한다. 마개로 병을 살짝 쳐서 내부 벽면의 기포를 제거하고, 살포시 얹어서 닫는다. BOD 병 하나는 20℃에서 5일간 배양기에 넣어두고, 배양 시작 일시를 기록한다. 이때 배양기의 내부는 빛이 차단된 상태이므로 내부가 건조하면 병에 기포가 생길 우려가 있으므로 증류수로 마개 주위를 밀봉해 내부의 습도를 유지하도록 한다. 우선 배양하지 않은 BOD 병의 DO 농도를 D1이라 하고 측정한다. 시료가 담긴 BOD병의 마개 주변에 있는 잔여 시료를 버린 후 피펫으로 황산망간용액을 1 ml 첨가한다. 피펫을 바꿔 Azid 용액을 1 ml 첨가한다. 이때 피펫이 시료에 닿지 않도록 주의해야 하며, 갈색 응집물(floc)이 형성되면 마개를 닫고 마개부의 잔여액을 버린다. DO가 많을수록 갈린더를 이용해 200 ml 삼각 플라스크로 시료를 옮기고 적정 세트와 증류수로 세척한 뷰렛을 준비한다. 0.025N 티오황산나트륨 용액을 뷰렛에 깔때기를 이용해 넣고 밸브를 열어 끝단의 공간을 채운다. 시료를 뷰렛 아래쪽에 놓고 시료를 흔들어주며 용액을 한 방울씩 주입하며 적정을 한다. 시료의 색이 투명한, 엷은 노란색으로 변하면 1차 적정을 멈추고 적정 부피를 기록한다. 시료에 전분 용액 1 ml를 시료에 넣으면 청색으로 변화하는데, 이를 혼화시킨 후 같은 방식으로 적정한 후 무색이 되면 멈추고 2차 적정의 적정 부피를 기록한다. 5일째 되는 일시에 같은 방법으로 D2, 즉 배양기에 5일간 넣어둔 BOD 병의 DO 농도를 측정한다. COD는 키트를 사용해 측정한다. COD 키트에 샘플, blank(증류수)로 라벨링을 하고 비커에 시료와 증류수를 적당량 분취한다. COD 키트의 시약에 시료를 각각 2 ml씩 넣고 잘 흔들어준다. 이때 시료가 뜨거워지므로 아랫부분을 만지지 않도록 주의해야 한다. 그 후 150℃에서 2시간 가열하고, 상온에서 30분간 방냉시킨다. COD의 측정은 측정기를 low range(3~150 mg/L)로 모드를 맞춰놓고 증류수를 넣고 뚜껑을 덮고 zero, test를 눌러 영점을 잡은 뒤 시료를 넣고 COD를 측정한다. 실험이 끝난 후 시약은 증류수로 여러 번 헹궈 폐시약통에 버린다.8. 실험 결과BOD의 실험 결과이다. 배양하지 않은 초기 BOD 병의 경우 적정에는 10.3 ml의 티오황산소듐 용액이 소비되었고, 5일간 배양한 BOD 병의 경우 4.9 ml의 티오황산소듐 용액이 소모되었다. COD는 시료 2 ml, 분석 용액 2 ml로 COD 키트를 이용해 측정한 결과 6.8 mg/L의 결과가 도출되었다.9. 결과 토의DO 측정법에 따라 DO를 계산하고 BOD의 공식을 통해 BOD 값을 도출한다. DO(mg/L) = a×f× V1/V2 × 1000/V1-R × 0.2의 공식에서, a는 적정에 소비된 0.025N 티오황산소듐 용액(mL),O 계산법에 따라, 유효숫자 한 개로 나타내면 D1은 10 mg/L이다. 5일간 배양한 BOD 병은 4.9 ml의 티오황산소듐 용액이 소모되었으므로 마찬가지 방법으로 D2는 5 mg/L이다. BOD는 (D1-D2) x P를 통해 구할 수 있다. P는 시료의 희석 배수로, 1이다. 공식을 통해 계산해보면 (10.3 ml-4.9 ml)*1*(300 ml/200 ml)*(1000/298 ml)*0.2 = 5.4362… mg/L이다. 유효 숫자를 고려해서(1개) 다시 나타내면 BOD는 5 mg/L, 즉 5 ppm임을 구할 수 있다. COD는 Orion AQ COD meter를 사용해 측정한 결과 6.8 mg/L임을 알 수 있었다. COD 값이 BOD 값보다 크게 나왔음을 통해 대상 수체에 생물학적으로 분해가 어려운 난분해성 물질이 존재했음을 추론할 수 있다. 왼쪽의 표는 물환경정보시스템에서 제공한 하천의 생활 환경 기준이다. 해당 수체의 pH의 평균값은 7.30, DO의 평균값은 6.48 mg/L, SS는 약 11 mg/L이다. 하지만 이 정도의 정보로는 해당 수체의 등급을 특정지을 수 없었다. 하지만 본 실험을 통해 도출한 BOD와 COD 값을 통해 ‘보통’의 등급임을 알 수 있다. 본 실험을 통해 BOD를 측정하기 위해 적정법을 이용해 DO 값을 계산하는 법, 그리고 COD를 측정하는 법을 익힐 수 있었다. COD의 측정만으로는 자연 상태에서 생물학적 물질이 분해되고 안정화되는 속도를 알 수 없다. 이러한 한계점은 BOD의 측정으로 보완될 수 있다. 그러나 본 실험에서 측정된 BOD 값은 수질의 상태에 따라 오차의 범위가 크다는 한계점이 있다. 만약 미생물의 유기 물질 분해와 안정화 활동에 장애를 일으키는 독성이 있는 물을 수질 분석 대상으로 취한다면, 미생물의 활성을 떨어뜨려서 BOD 값이 상대적으로 작게 나올 수 있는 것이다.10. 참고 문헌물환경정보시스템, Hyperlink "http://water.nier.go.kr/web/contents/contentVi=708

자연과학| 2021.10.22| 6페이지| 2,000원| 조회(767)

보고서, BOD, COD, 측정, 환경공학실험

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SS 총 부유물질 측정 실험 보고서

3주차 실험 보고서_SS 측정 실험1. 실험제목: SS 측정2. 실험날짜: 2021.9.203. 이름:4. 실험조원:5. 실험원리SS(Suspended Solids)는 부유 고형물질을 뜻하며, Total의 T를 써서 TSS라고도 표현한다. 이는 깨끗한 물을 위한 법령에서 전통적으로 오염물로 규정되어 있고, 일정 수준을 초과하면 해로운 물질로, 해수부터 폐수까지 이르는 물의 품질을 알려주는 중요한 물리적 특성이다. 수질 오염을 측정할 때 오탁을 나타내는 항목으로 pH, BOD, DO 등이 있는데 SS도 이에 해당한다. 시료에 들어있는 고형물은 고체 형태이며 그 크기에 따라서 부유 고형물질(SS), 콜로이드, 용존 고형물질 이렇게 세 가지로 나뉘는데, 그 중에서 부유 고형물질은 0.1 μm 이상인 입자를 의미한다. 부유 고형 물질은 휘발성인지, 잔류성인지에 따라 각각 VSS, FSS로 한 번 더 분류될 수 있다. 휘발성 부유 고형 물질(VSS)은 SS 중에서 500-600℃에서 건조시켰을 때 휘발되는 물질이고, 잔류성 부유 고형 물질(FSS)은 휘발되지 않고 남아있는 물질이다. 이 둘을 모두 포함해 지칭하는 SS는 시료를 0.1 μm 공극의 유리 섬유 여과지에 걸렀을 때, 105℃에서 건조한 후 남아있는 잔류물의 무게를 측정함으로써 그 양을 구할 수 있다. 여과를 하고 항량으로 건조 후 유리 섬유 여과지의 무게에서 여과 전의 유리 섬유 여과지의 무게를 감해 부유물질의 양을 구하는 방법을 유리 섬유 여지법이라고 한다. 즉, SS의 농도는 “여과 전후의 무게의 차이(g)/(여과한 총 부피(mL)*106)”으로 계산된다. 따라서 부유 고형물의 농도는 mg/L 단위로 나타내어질 수 있다. 항량으로 건조한다는 것은 중량이 일정해서 변하지 않을 정도까지 건조한다는 것을 의미한다. 이 방법을 통해 구한 물속의 고형물이 500 mg/L 이하인 경우는 식수로 사용 가능하며, 가정 하수로 사용할 경우는 총 고형물의 측정이 따로 필요하지는 않다. 그러나 부유 고형 물질은 많을 경우 시킬 수 있다. 고형 물질을 많이 함유한 물은 박테리아의 장벽을 형성시켜 염소 소독 시 염소 반응을 방해해 그 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 부유물질 중 포함되어 있는 유기 성분은 DO를 소모하고, 무기 성분은 부영양화의 원인이 되어 수질을 오염시킨다. 부유 물질은 흡착력이 좋아 유기 성분, 혹은 무기 성분과 함께 이동하기 때문이다. 수질 개선을 위한 적절한 수처리를 위해 SS의 정도를 파악할 필요성이 있다.실험에는 여과 장치로 진공 펌프, 여과 플라스크, 상하부 여과관 클램프, 유리 섬유 여과지(Glass Microfiber Filter), 데시케이터가 사용된다. 본 실험에서는 유리 섬유 여지법을 이용해 여과를 하는데, 여과가 잘 되지 않으면 감압 펌프를 작동시킨다. 클램프는 플라스크의 윗부분에 여과지를 놓고 그 위에 여과 실린더를 놓을 때, 플라스크와 실린더를 고정하는 역할을 한다. 유리 섬유 여지는 공극의 크기에 따라 그 종류가 구분된다. 이때 SS에 해당하는 물질은 0.1 μm 이상인 입자를 의미하므로 이를 고려해 공극이 0.1μm보다 작은 여과지를 선택해야 한다. 본 실험에는 GF/C 여과지가 사용되었다. 데시케이터는 시료의 건조 상태를 일정 기간 동안 유지하도록 도와주는 장치이다. 110℃의 오븐에서 건조한 후 실온까지 냉각시키는 데 사용되는 두꺼운 유리로 된 그릇을 뜻한다. 건조제로는 알루미나(Al2O3) 혹은 실리카젤(SiO2) 등이 사용된다. 본 실험에서는 실리카젤이 사용되는데, 실리카젤은 표면적이 매우 넓어서 물을 흡수하는 능력이 뛰어나 건조제로 사용되는 것이다. 마지막으로, 시료의 경우 채취 후 아이스박스를 이용해 이동하고 4℃에서 보관하며, 실험할 때는 채취 당시의 온도인 25℃로 올려서 실험한다. 이는 시료의 상태를 원상태와 최대한 동일하게 해 보다 정확한 결과값을 얻기 위함이다.6. 실험목적부유 고형 물질은 수체에서 많은 문제를 일으킬 수 있다. 앞서 언급했듯 외관을 더럽히거나 수질을 오염시키는 것뿐 아니라, 발전용 댐의 터빈 고장 아가미에 부착되어 어류의 폐사에 영향을 주기도 한다. 또한, 하천이나 호수에서 빛의 수중 전달을 방해해 식물성 플랑크톤의 광합성 작용을 방해하기도 한다. 이러한 이유들 때문에 부유 고형 물질은 처리가 필요한데, 수처리를 하기에 앞서 SS의 정도를 확인하면 더욱 효율적인 처리가 가능해질 것이다. 본 실험은 경기도 여주시 금사면 금사로 40 이포보에서 채취한 시료의 부유 고형물의 농도를 측정하는 방법을 알아보기 위해 진행되었다. 이러한 과정을 통해 시료를 건조하여 수분을 없앤 고형물의 무게를 측정하는 방법을 익힌다. 또한, 수중의 고형물을 유리섬유 여지법을 통해 무게를 측정하고, 측정한 무게를 바탕으로 부유 고형물질의 농도를 계산하는 법을 익힌다.7. 실험방법실험은 유리섬유 여지의 무게를 먼저 재고 시작한다. 이는 후에 부유물을 여과한 후 여과 전후 유리섬유 여지의 무게의 차를 비교해야 하기 때문이다. 유리섬유 여지의 무게를 잴 때는 증류수를 이용해 여과지를 세척하고 여과를 한 후 건조기에서 2시간 건조하고 무게를 잰다. 항량으로 건조하고 측정된 무게를 ‘여과 전 여과지 무게’로 기록한다. 측정 데이터를 정확도 있게 평가하기 위해 3번 반복 측정한다. 유리 섬유 여지의 무게를 잰 후 부유 물질의 무게를 측정하기 위해 탈기병에 필터를 올려 클램프로 고정시킨다. 시료를 약 200 mL 정도 넣고 필터로 거른 후, 소량의 증류수로 옆면의 부착 물질을 씻어 내려준다. 이때, 여과가 잘되는 시료는 부유물질의 양이 적기 때문에 더 많은 부피의 시료를 여과해야 한다. 여과가 잘 안되는 시료의 경우는 감압 펌프를 작동시켜 여과한다. 여과를 마치고 유리 섬유 여지를 핀셋으로 집어 은박지 위에 올리고 110℃의 오븐에서 2시간 건조시킨다. 이때 핀셋으로 여과지가 찢어질 수 있으므로 주의해서 집어야 한다. 2시간 건조 후 데시케이터에 옮겨서 실리카겔을 함께 넣고 실온의 온도까지 식힌다. 그 후 유리 섬유 여과지의 무게를 측정하고 ‘여과 후 여과지의 무게’로 기록한다. 이 측정도 정기록한 데이터를 바탕으로 여과 전후의 유리 섬유 여과지의 무게의 차이를 구하고 여과한 시료의 부피로 나누어 부유물질의 농도(mg/L)를 구한다.8. 실험결과실험 결과, 시료 여과 전 유리 섬유 여지의 무게는 3회 반복 측정 후 각각 89.0 mg, 89.0 mg, 87.0 mg이 측정되었다. 평균값은 88.3 mg이고, 표준 편차는 1.16이다. 표준 편차는 각 측정값에서 평균값을 뺀 것의 제곱의 합을 2로 나누고 루트를 씌워서 계산하였다. 시료 여과 후의 유리 섬유 여지의 무게는 마찬가지로 3회 반복 측정 후 각각 91.2 mg, 91.1 mg, 89.3 mg이 측정되었다. 평균값은 90.5 mg이고, 표준 편차는 여과 전의 유리 섬유 여지의 무게를 구할 때와 마찬가지로 계산해 1.07이다.9. 결과토의시료 여과 전의 유리섬유 여지의 무게와 시료 여과 후의 유리섬유 여지의 무게의 대표값을 3회 반복 측정했을 때의 평균값으로 할 때, 각각은 88.3 mg, 90.5 mg이다. 여과한 시료의 총 부피는 200 mL이므로 이를 통해서 부유 고형물의 농도를 계산하고 mL를 L 단위로 바꿔서 구해보면 (90.5 mg - 88.3 mg)/200 mL = 11.0 mg/L, 유효 숫자 1개로 나타내면 (10+1) mg/L이다. Figure 1는 환경부 물환경정보 시스템에 호소의 생활환경 기준으로 나와있는 항목이다. SS의 경우를 보면, 본 실험에서 진행된 경우는 ‘보통’ 또는 ‘약간 나쁨’의 등급에 해당됨을 알 수 있다. ‘보통’ 등급은 보통의 오염물질로 인하여 용존 산소가 소모되는 일반 생태계로 고도의 정수 처리 수 생활용수로 이용하거나 일반적 정수처리 후 공업 용수로 사용할 수 있는 등급이다. 따라서 경기 여주시 금사면 금사로 40 이포보의 수질은 생활 용수로 바로 사용하기엔 무리가 있을 정도로 오염된 상태이며, 일반적인 정수 처리를 한 후에는 공업 용수로 사용 가능한 정도이다. Figure 2는 하천의 생활 환경 기준을 나타낸 자료인데, 이에 따르면 시료의 등급은 통 중의 하나임을 알 수 있다. 그러나 SS만으로는 그 등급을 특정할 수 없기 때문에 BOD나 COD, TOC 등을 추가적으로 분석해야 한다. 본 시료는 2021년 8월 13일 채취한 것이고, 실험은 2021년 9월 20일 진행되었다. 시료의 채취 후 많은 시간이 지난 후 SS의 측정이 진행되었다는 점에서 한계점이 있다고 생각한다. 또한, 주의를 했다고 해도 시료를 여과할 때 주변의 먼지나 불순물이 들어갔을 수 있다. SS는 0.1 μm 이상의 매우 작은 입자이기 때문에, 측정 실험에선 소량의 먼지나 불순물이라 하더라도 큰 오차를 불러올 수 있을 것이다. 그러나 이 실험은 수질에 있어서 중요한 물리적 지표인 SS를 측정하는 법을 익힐 수 있다는 데 의의가 있다. 부유 물질이 많으면 호수나 하천, 저수지, 강, 그리고 해양의 다양한 장비나 설비 등의 고장의 원인이 되는 등 다양한 악영향을 끼친다. 또한, 높은 수준의 SS는 수온을 상승시키고 용존 산소를 감소시키는데 이로 인해 수온이 더욱 상승하게 된다. SS가 많을수록 더 많은 열을 흡수해 산소를 감소시키기 때문이다. 이는 결국 해양 식물의 광합성에도 영향을 미쳐 많은 해양 유기물에 해롭다. 이처럼 SS는 과다할 경우 수질, 그리고 수생태계에 매우 안좋은 영향을 미치기 때문에 적절한 수처리가 필요하다. 효율적인 수처리, 즉 특정 수체가 처리가 필요한지 필요하지 않은지, 그리고 필요하다면 어느 정도의 처리가 필요한지를 신속하게 알기 위해서는 SS의 측정이 불가피한데, 본 실험을 통해 그 측정법뿐 아니라 유리 섬유 여지법을 이용해 그 측정값으로 부유 물질의 농도를 계산하는 법도 익힐 수 있었다.10. 참고문헌물환경정보시스템, Hyperlink "http://water.nier.go.kr/web/contents/contentView/?pMENU_NO=37" http://water.nier.go.kr/web/contents/contentView/?pMENU_NO=37Richard B, Primack, 보전생물학, 월드8

자연과학| 2021.10.22| 6페이지| 2,000원| 조회(979)

보고서, 측정, ss, 환경공학실험, 총 부유물질

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환경공학실험 pH, DO 측정

2주차 실험 보고서_PH, DO 측정 실험1. 실험 제목: pH, DO 측정2. 실험 날짜: 2021. 9. 133. 이름:4. 실험 조원:5. 실험 원리pH는 수소 이온의 농도를 나타내는 지표이며, -log[H+]로 계산된다. 물에는 수소 이온과 수산화 이온이 공존하는데, 그 농도가 동일하면 중성이고, 수소 이온이 더 많으면 산성, 수산화 이온이 많으면 알칼리성이라 한다. 중성인 물질의 pH는 7이며, 산성은 7 미만, 알칼리성은 7이 넘는다. 이러한 pH는 물에 포함되어 있는 각종 염류, 유리 탄산, 광산 및 유기산 등으로 좌우되기도 하고, 공장 폐수나 하수에 의해서도 영향을 받는다. 이산화탄소나 산소와 같은 대기 중의 기체도 영향을 주는데, 예시로, 이산화탄소가 물에 녹으면 물은 산성을 띠게 된다. pH는 하폐수 처리 시 침전, 중화, 산회, 환원 등에 있어서 지배인자로 작용하며 정수 과정에서 약품 주입량의 결정과 작업의 적부를 판단하기 때문에 중요한 수질 지표로 쓰인다. pH는 전극법을 통해 측정할 수 있다. 전극법은 기준 전극과 지시 전극 사이에서 발생하는 전압으로부터 pH를 구하는 방식이다. 기준 전극은 다른 용액과 비교를 하기 위해 기준이 되는 일정한 전위를 만들어 둔 전극이다. 지시 전극은 유리 막, AgCl로 감싸진 팁과 pH가 7로 일정한 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 유리 막에 미지 용액이 접촉하면 그 용액과 전해질 용액의 이온 농도 구배의 차이로 산성 용액에는 (+)전하, 염기성 용액에는 (-)전하가 형성된다. 이를 통해 전위를 측정할 수 있다. 이렇게 지시 전극의 전위와 기준 전극의 전위를 비교해 전위차를 알게 되면 ‘네른스트 방정식’에 적용하여 수소 이온 농도를 구하고, pH를 구하는 것이다. 네른스트 방정식은 전지 전위가 농도에 따라 달라지는 것은 자유 에너지가 농도에 따라 달라지는 것에서부터 기인한다. ∆G = ∆G˚ + RTlnQ의 식에서 Q는 반응 지수, ∆G = -nFE이고 ∆G˚ = -nFE˚이므로 위 식은 –nFE =Q와 같다. 여기서 양변을 –nF로 나누어주면 E = E˚ - RT/nF lnQ가 되는데, 이 식을 네른스트 방정식이라고 부른다. 여기서 E는 전위, E˚는 표준전위, F는 패러데이 상수(96,487 C/mol), R은 기체상수(8.316 J/K mol)이다. Ln은 자연대수로, 2.303log10이기 때문에 네른스트 방정식은 E = E˚ - (2.303 RT/F) log[H+]로 변형될 수 있다. 이렇게 수소 이온의 농도를 구함으로써 pH가 구해지는 것이다. (pH=-log[H+]) 실험에 사용된 시료는 분석 시 시료 채취 당시의 온도인 25도로 올려서 분석하기 때문에 T는 25℃로 두고 계산한다.DO는 물속에 녹아 있는 산소를 의미한다. 용해량은 온도나 압력, 염분 농도, 물의 흐름 등에 좌우된다. 수온이 낮을수록 용해율은 증가하는데, 1기압 20도에서의 DO가 8.84 mg/L인데, 더 낮은 온도인 4도에서는 12.70 mg/L이다. 또한, 압력이 높을수록, 염분 농도가 낮을수록, 물의 흐름이 난류일 때일수록 용해율 또한 높아진다. 이렇게 DO가 증가하면 부영양화가 일어나 오히려 수질이 악화될 수 있다. 식물성 플랑크톤이나 수생 식물이 광합성 작용을 하면 표층에 조류가 과도하게 번식하게 되어 DO 과포화 현상이 일어나는 것이다. 반대로, 수중 생물이 호흡을 하거나 유기물이 산화될 때 산소가 소모되기 때문에 DO가 감소하기도 한다. 이런 경우의 수질은 오염된 상태라고 볼 수 있다. 이러한 DO는 생물학적인 하수 처리의 측면에서 호기성 미생물의 호흡 대사를 지배하는 데 중요한 인자로 작용한다. 측정은 DO 전극을 이용한다. 수중의 용존 산소가 센서를 통과해 전극의 표면에서 산화환원 반응을 일으키는데, 그때 산소의 농도에 비례하여 전류가 흐르게 되고, 그 전류량으로부터 용존 산소량을 측정하는 방식이다. 산소의 농도는 광학 기반 센서인 LDO 센서가 감지하게 된다.pH와 DO를 측정하기에 앞서 측정 기기를 pH 4, pH 7, pH 10의 완충 용액으로 보정을 다수는 pH가 4 또는 10일 때 안정적이고, 7일 때 중성이기 때문에 이 세 가지 경우로 보정을 시켜준다. 산이나 염기를 넣어주어도 용액의 pH가 거의 변하지 않는 현상을 완충 작용이라고 하고, 이런 특성을 가진 용액을 완충 용액이라 한다. pH를 측정할 때, 전위차법을 이용하는데, 이때 기준전극이 기준으로서의 역할을 하기 위해서는 pH가 정확해야 하기 때문에 완충용액으로 보정을 시켜주는 것이다.pH와 DO는 멀티 미터(multiparameter meter)로 동시에 측정이 가능하다. 본 실험에서는 ‘Orion Star™A329 pH/ISE/Conductivity/Dissolved Oxygen Portable Multiparameter meter’ 모델을 사용해 측정했다. 이 기기는 pH나 DO뿐 아니라 온도와 전도도를 동시에, 또는 별도로 측정이 가능한 휴대용 장치이다.6. 실험 목적pH와 DO(용존 산소)는 모두 중요한 수질 지표이다. 오염에 따른 수질 변화를 신속하게 파악할 수 있고, 염소 소독 등의 경제적인 문제와 연결되기도 하며, 생물학적 폐수 처리의 중요한 환경인자이기도 하기 때문이다. 따라서 pH와 DO를 알면 채수해온 곳의 수질을 신속하게, 그리고 효율적으로 파악할 수 있다. 본 실험은 이렇게 특정 지역의 수질 파악을 도와주는 pH와 DO를 측정하는 방법을 알아보고, 그 원리를 이해하기 위해 진행되었다.7. 실험 방법실험을 진행하기에 앞서, 표준 완충 용액으로 측정 기기를 보정해주는 과정을 거친다. 그 용액은 pH 4, pH 7, pH 10의 완충 용액을 사용한다. 보정을 시켜준 후, 100 ml 비커에 채수해온 시료를 적당히 담는다. 이때 시료에 기포가 들어가지 않도록 조심해서 담아야 한다. 그리고 pH 전극과 DO rode를 증류수로 헹구고 가볍게 닦은 후 시료에 담근다. 수치가 안정화될 때까지 pH와 DO, 그리고 수온까지 측정하고 그 값을 기록한다. 증류수로 pH 전극과 DO rode를 다시 안정화시키고, 측정을 3회 반복한다. 전극을 나 세제 등으로 씻어서는 안되고, 휴지로 가볍게 털어내듯 닦아야 하며, 휴지나 종이로 문지르지 않도록 주의한다. 또한, pH는 온도의 영향도 받기 때문에 용액(시료)의 온도를 pH 표준액과 동일하게 고려해 주어야 한다. 마지막으로, pH가 11 이상인 시료는 오차가 크기 때문에 알칼리에서 오차가 적은 특수 전극을 사용하고, 필요한 경우 보정을 해줘야 한다.8. 실험 결과3회 반복 측정한 결과, pH는 7.30, 7.30, 7.29의 값을 얻을 수 있었다. 이는 중성에 가까운 값으로, 사용에 적합함을 알 수 있다. DO는 mg/L 단위로 각각 6.65, 6.44, 6.34의 값이 나왔고, 그 평균은 약 6.48 mg/L이다. pH와 DO는 비교적 일관된 측정값을 가진 것으로 판단할 수 있었다.9. 결과 토의실험을 한 후, 결과값으로 얻은 pH와 DO의 값이 실제 수질에서 어떤 의미인지 궁금해졌다. 이에, 환경부 등 공식적인 기관에서 발표한 수질 기준들을 검색해보았다. 실험 결과, pH는 약 7.30의 측정값이 나왔다. 이는 사용하기에 적합한 수질이다. 2021년 7월 서울시에서 발표된 수질 기준 및 관리 계획에 의하면 본 실험에 사용된 물은 생활 용수 기준인 pH 5.8~8.5, 농어업용수 기준인 pH 6.0~8.5, 그리고 공업 용수 기준인 pH 5.0~9.0을 모두 만족한다. 또한, 환경부의 국가 상수도 정보 시스템에서 공개한 먹는 물 수질 기준에 의하면 한국뿐만 아니라 USEPA, EU, 영국, 독일, 일본의 식수 기준도 만족함을 알 수 있다. pH는 불쾌한 맛이나 냄새를 유발하거나 4 이하 또는 11 이상일 경우 눈이나 점막을 자극할 수 있고, 낮으면 금속의 부식을 유발하기 때문에 중요한 수질 영향 물질로 작용한다.다음으로, DO는 mg/L 단위로 6.65, 6.44, 6.34의 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과를 분석해보기 위해 물환경정보시스템에서 수질 및 수생태계 환경기준을 확인해보았다. 용존 산소량은 5.0 이상인 경우에 해당되었으므로, pH와 용존에서는 ‘좋음’, ‘약간 좋음’ 또는 ‘보통’ 중의 한 등급이라는 것만 파악할 수 있었다. ‘좋음’ 등급은 용존 산소가 많은 편이고 오염 물질이 거의 없는 청정상태에 근접한 생태계로 정수 처리 후 생활 용수로 사용할 수 있는 단계이다. ‘약간 좋음’ 등급은 약간의 오염 물질은 있으나 용존 산소가 많은 상태의 다소 좋은 생태계로 정수처리 수 생활 용수 또는 수영용수로 사용할 수 있는 단계이다. 마지막으로, ‘보통’ 등급은 보통의 오염물질로 인하여 용존 산소가 소모되는 일반 생태계로 고도의 정수 처리 수 생활용수로 이용하거나 일반적 정수처리 후 공업 용수로 사용할 수 있는 등급이다. 추가적으로 BOD나 COD, TOC 등을 알면 등급을 특정할 수 있다.10. 참고 문헌Steven S. Zumdahl, Susan A. Zumdahl, Donald J.Decoste, 『일반화학 제10판』, 화학교재연구회, CENGAGE, 2019, p.892국가상수도정보시스템, “먹는물 수질기준”, Hyperlink "https://www.waternow.go.kr/web/contents/contentView/?pMENUID=28&cntns_id=14" https://www.waternow.go.kr/web/contents/contentView/?pMENUID=28&cntns_id=14, 2021년 9월 19일 검색물환경정보시스템, “생활환경기준”, Hyperlink "http://water.nier.go.kr/web/contents/contentView/?pMENU_NO=37" http://water.nier.go.kr/web/contents/contentView/?pMENU_NO=37, 2021년 9월 19일 검색서울시 정보소통광장, “서울시 유출지하수 활용용도별 수질기준 및 관리계획”, Hyperlink "https://opengov.seoul.go.kr/sanction/23324146" https://opengov.seoul.go.kr/sanction/23324146 , 20

자연과학| 2021.10.02| 6페이지| 2,000원| 조회(316)

pH, 실험, 환경공학, 공학, DO측정

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아스피린의 합성 레포트(의약품 합성)

Objectives (5점)유기 합성은 원자들의 상대적인 결합뿐만 아니라 3차원적인 구조까지 조절해야 하는 매우 복잡한 과정이다. 특히 의약품 합성은 광학 이성질체들이 서로 다른 생화학적 특징을 나타내기 때문에 더욱 복잡하다. 이러한 합성 의약품 중에서 가장 성공적인 것으로 알려진 아스피린을 합성하는 실험을 통해 유기 합성에 대해 배우기 위해 실험을 진행한다.Principles (10점) & Methods (5점)유기 합성이란 탄소를 비롯한 원자들을 원하는 위치에 결합시키는 것으로, 원자들의 상대적 결합과 3차원적 구조까지 조절하는 복잡한 과정이다. 매우 작은 크기의 원자들과 엄청난 수의 분자들이 모두 같은 화학 반응을 일으키도록 하기 때문이다. 이때 만들어지는 불순물은 유기 합성의 효율을 떨어뜨리고, 합성된 물질의 실용성 또한 떨어뜨린다. 따라서 반응의 효율을 높이거나 불순물을 제거하는 기술도 필요하다. 특히 의약품 합성은 원하는 이성질체만을 선택적으로 합성해야 하기 때문에 더 어렵다. 대부분의 유기 합성은 시작 물질로부터 시작하여 여러 단계의 합서 과정을 거쳐 이루어진다. 합성의 각 단계마다 중간 생성 물질이 나오는데, 이런 물질들을 여러 물리 화학적 방법으로 확인하고 분리한 후 다음 단계로 넘어가는 과정을 반복한다. 복잡한 합성의 경우에는 몇 년간 수십 단계의 합성 단계를 거치기도 한다. 아스피린은 합성 의약품 중에서 가장 성공적인 것으로 알려져 있다. 아스피린은 아세틸 살리실산이라는 화합물로, 방향족 벤젠 분자에 카복실기와 에스터기가 결합된 비교적 간단한 구조로 이루어져 있다. 이러한 아스피린은 살리실산에 결합되어 있는 작용기 -OH를 에스터화 반응으로 변환시켜 합성할 수 있는데, 이때 에스터화 반응이란 카복실산 또는 카복실 무수물과 알코올이 반응해 에스터가 생성되는 반응을 말한다. 아스피린의 합성에서는 카복실 무수물로 아세트산 무수물을 이용하고, 소량의 인산을 촉매로 사용한다.실험 방법: 살리실산 1.7g을 50ml 삼각 플라스크에 넣고 아세트산 무수물 2ml를 넣는다. 이때 용기 벽에 묻은 살리실산을 모두 씻어낼 수 있도록 용기 벽을 따라 무수물이 흘러내리도록 넣어주는 게 좋고, stirring bar도 함께 넣어준다. 물중탕 장치를 준비하고, 그 삼각 플라스크를 고정시킨다. 85%의 인산 서너 방울을 촉매로 넣어 주고, 온도를 70~80도로 유지하여 10분간 가열하면 반응이 완결된다. 이 용액에 증류수 2ml를 한 방울씩 넣어서 stirring하면 남아있는 아세트산 무수물을 분해시킬 수 있다. 이때 아세트산 무수물이 분해되는 동안에 아세트산 증기가 발생하므로 실험실의 환기가 잘 되도록 주의한다. 아세트산 증기가 더 이상 발생하지 않으면 삼각 플라스크를 물중탕에서 꺼내 증류수 15ml를 넣어주고 유리막대로 저어준다. 삼각 플라스크를 얼음물로 냉각시키고 유리 막대로 안쪽을 긁어주어 아스피린 결정이 생성되는지 확인한다. 생성된 결정을 걸러낸 후 차가운 증류수로 씻어내고 오븐에 넣어 말린 후 그 무게를 잰다. 이 실험에서 합성한 아스피린은 순수하지 않으므로 복용해서는 안되며, 아세트산 무수물이 분해될 때 발생하는 뜨거운 증기를 조심하고 환기가 잘 되도록 해야 한다.Results (40점)살리실산의 MW가 138.12g/mol, 아세트산 무수물의 MW는 102.09g/mol, 사용한 살리실산의 무게는 1.702g, 사용한 아세트산 무수물의 부피는 2ml, 밀도는 1.08g/mol일 때 표를 채워라.우선 몰수는 질량/분자량으로 구할 수 있다. 따라서 사용한 살리실산의 몰수는 1.702g/(138.12g/mol)을 계산한 0.01232262…mol이다. 이를 유효 숫자 네 자리로 나타내면 0.01232mol이다. 같은 방법으로 사용한 아세트산 무수물의 몰수를 구해보면 질량은 밀도x부피이므로 ((1.08g/ml)x2ml)/102.09g/mol=0.0211578mol이다. 이를 유효 숫자 세 자리로 나타내면 0.0212mol임을 구할 수 있다. 이때 아세트산 무수물의 몰수가 살리실산의 몰수보다 과량이므로 이 반응은 살리실산의 양에 의해 제한된다. 따라서 이 실험에서의 한계 반응물은 살리실산이다. 실험 결과에 의해 시계접시와 거름종이의 무게는 1.9696g이고, 시계접시와 거름종이에 아스피린까지 합친 무게는 2.1717g이다. 따라서 실험에서 얻은 아스피린의 무게는 0.2021g이다. 아스피린의 이론적 수득량을 구해보면 한계 반응물인 살리실산의 몰수에 아스피린의 몰질량을 곱한 값이다. 이는 0.01232262…mol x 180.157g/mol = 2.22000625…g이고, 유효숫자 계산에 의해 2.2200g임을 알 수 있다. 수득률은 (실험을 통해 구한 수득량/이론적 수득량)x100(%)을 통해 구할 수 있는데, 이는 (0.2021g/2.2200g) x 100(%)= 9.103604…%이고, 결론적으로 유효숫자 네 자리로 맞추면 수득률은 9.104%이다.두 번째로, 아스피린을 합성하는 데 살리실산의 무게는 1.500g이고, 아세트산 무수물 3.20g을 사용하였다면 최대 몇g의 아스피린을 얻을지 예상해보자. 이때 살리실산의 MW는 138.12g/mol, 아세트산 무수물의 MW는 102.09g/mol, 아스피린의 MW는 180.157g/mol이고, 소수점 다섯 째 자리까지로 맞춘다. 우선 살리실산의 몰수는 1.500g/(138.12g/mol)=0.01086012…mol이다. 소수점 다섯 째 자리까지만 취급하기로 했으므로 살리실산의 몰수는 0.01086mol으로 한다. 다음으로 아세트산 무수물의 몰수는 3.20g/(102.09g/mol)=0.03134489…mol이고 마찬가지로 0.03134mol로 한다. 이때 아세트산 무수물의 몰수가 살리실산의 몰수보다 과량이므로 이 반응은 살리실산의 양에 의해 제한되고, 따라서 한계 반응물은 살리실산이다. 수득량은 한계 반응량인 살리실산의 몰수에 아스피린의 몰질량을 곱한 값인 0.01086mol x 180.157g/mol = 1.95650502…g이고, 이 수득량은 소수점 둘쨰 자리까지만 나타내 1.96g임을 구할 수 있다.Discussion (20 점)이번 실험에서는 아세트산 무수물과 살리실산을 이용하여 아스피린을 합성한다. 이때 촉매로 소량의 인산을 넣어주며, 반응식은 다음과 같다.에스터화 반응은 카복실산 또는 카복실 무수물과 알코올이 반응하여 에스터가 생성되는 반응으로, 산성 용액에서 빠르게 일어난다. 이 반응은 알코올의 수소 원자가 카복실산의 아실기로 치환되는 형태의 반응이다.실험 중에 물을 넣어서 남은 아세트산 무수물을 분해시키는 과정이 있다. 그 균형 화학 반응식은 다음과 같다. C4H6O3+H2O -> 2CH3COOH이 실험에서 인산을 넣는 것은 아스피린의 합성이 잘 진행되도록 하기 위해서이다. 아스피린 합성에서 촉매로 산을 이용하게 되고, 산 촉매가 없이는 합성이 잘 진행되지 않는다. 이 실험에서는 이러한 산 촉매로 인산을 사용한 것이다.위의 result에서 알 수 있듯이, 수득률이 거의 9%로, 매우 낮게 나왔다. 이론적 수득량과 실제 실험을 통해 구한 수득량의 차이가 매우 큰 편에 속한다. 이처럼 결과 값과 이론 값이 차이가 나는 이유는 오븐에서 건조를 시킬 때 수분이 완전히 제거가 되지 않았거나, 아세트산 무수물을 넣을 때 삼각 플라스크의 벽에 묻은 살리실산을 모두 씻어내지 못했기 때문일 수 있다. 또는 삼각 플라스크를 식힐 때 물이 들어갔을 수 있다.이름 & 학번: 날짜 일반화학실험II실험 제목: 의약품 합성-아스피린

자연과학| 2020.11.26| 3페이지| 2,000원| 조회(201)

일반화학실험, 화학, 화학실험, 아스피린 합성, 의약품 합성

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패러데이 전기 분해 레포트

Objectives (5점)패러데이의 법칙을 이해하고 전기 분해와 전기 도금 실험을 통해 전기 에너지를 이용해서 일어나는 화학 반응을 살펴보기 위해 실험을 한다.Principles (10점) & Methods (5점)자발적인 화학 반응에서 전류가 발생하는 화학 전지의 경우와 반대가 되는 반응이 전기 분해이다. 전극을 통해서 전원에서 공급되는 전류에 의해서 일어나는 화학 반응을 전기 분해라고 하며, 이 반응을 이용하면 자발적으로는 일어나지 않는 화학 반응을 발생시킬 수 있기 때문에 여러 산업 분야에서 활용된다. 전기 분해 반응을 일으키기 위해서는 염다리로 연결된 두 개의 반쪽 전지로 구성된 전기분해 전지를 만들어야 한다. 이때 외부 전류가 없을 경우, 환원력이 큰 물질이 있는 전극에서 산화력이 큰 물질이 있는 전극으로 전류가 흐르지만, 외부에서 강제로 전류를 흘릴 경우, 환원력이 더 큰 물질이 환원되고, 산화력이 더 큰 물질은 산화된다. 이런 반응이 일어나도록 하기 위해서는 자발적 반응에 의해 만들어지는 전위차보다 더 큰 전위차를 가진 전류를 흘려주어야 한다. 이러한 반응을 이용해서 전기 도금을 할 수 있다. 전기 도금은 금속을 전극 표면에 코팅하는 것인데, 산업적으로 유용하고, 생활 용품의 품질을 향상시키는 데도 사용된다. 패러데이의 법칙은 전기 화학 반응 중에 전극에서 생성되거나 소비된 물질의 질량은 전극을 통해 흐른 전하량인 Q에 비례한다는 법칙으로, Q=n*절댓값 Z*F라는 식을 가진다. 이때 Q는 전하량, Z는 산화수, n은 몰수, F는 패러데이 상수로, 96000C/mol이다.Cu2+가 들어있는 수용액에서 전지의 마이너스 극을 구리 전극에 연결하고, 플러스 극을 탄소 전극에 연갈하면 전자는 구리 전극 방향으로 흘러가게 된다. 따라서 Cu2+가 흘러나온 전자와 만나면 환원되고, 구리 전극 표면에 석출되는 것이다. 이때 직류 전원의 +극에서 -극 쪽으로 전류가 흐르며, 전자는 전류와 반대 방향인 -극에서 +극 쪽으로 흐르게 된다.실험 방법: 100ml짜리 비이커에 0.1M 황산구리 용액을 80ml 채운다. 구리 전극과 탄소 전극의 표면을 고운 사포로 닦아서 표면을 깨끗하게 한다. 그리고 구리 전극의 무게를 mg까지 정확하게 잰 후에 두 전극을 모두 용액에 담그고 고정한다. 두 전극은 같은 깊이로 넣고, 서로 닿지 않도록 한다. 3.0V 이상의 직류 전원의 마이너스 극은 구리 전극에 연결하고 플러스 극은 탄소 전극에 연결한다. 전압계는 병렬로 연결하고, 전류계는 직렬로 연결한다. 스위치를 켜서 전류를 흘려주고, 30분 동안 반응을 일으키면서 1분 간격으로 전류와 전압을 기록한다. 마지막으로 구리 전극을 용액 속에서 꺼내서 완전히 말린 후에 무게를 측정한다.전극의 표면을 일정하게 하기 위해서 사포로 표면을 잘 닦아주어야 한다. 전극의 표면이 확실하게 다 갈렸는지 확인해야 하고, 두 전극은 서로 닿지 않도록 해야 한다. 직렬과 병렬, -극과 +극을 헷갈리지 않도록 주의한다. 실험을 하면서 탄소 전극에서 산소 기체가 발생하는지도 확인해야 한다. 전극이 용액에 담겨있는 정도나 두 전극 사이의 거리에 의해 전류가 바뀔 수 있으므로 실험이 시작된 후로는 실험 기구를 이동시키거나 실험 기구에 충격을 주지 않도록 한다. 마지막에 구리 전극의 무게를 잴 때 완전히 마른 상태에서 측정해야 한다.Results (40점)각 분당 측정한 전류가 일정하게 흘렀다고 가정했을 때, 얻어진 총 전하량(C)는 전류와 시간(초)를 곱함으로써 구할 수 있다. 이 실험은 30분 동안 1217mA의 전류를 흘려줬기 때문에 1800초와 1.217A를 곱한 값인 2190.6 c(쿨롱)이 얻어진 총 전하량이다.구리 전극에서는 반응식 Cu2+(aq)+2e- -> Cu(s)에 따라 구리가 석출된다. 탄소 전극에서는 반응식 2H2O(l)-> 4H+(aq)+4e-+O2(g)에 따라 산소가 발생한다.패러데이의 법칙에 의해 석출되는 구리의 무게는 흘려준 전기량에 비례한다. Q=n*절댓값 Z*F 식에 각각의 값들을 대입해보면 2190.6c=n*2*96000c/mol이다. 이를 계산해주면 석출되는 구리의 몰수는 0.01140938…mol임을 알 수 있다. 이때 구리의 원자량은 63.546g/mol이므로 석출되는 구리의 질량은 몰수에 원자량을 곱한 값인 0.72502014…g이다. 이는 실제 석출된 구리의 무게인 0.022g보다 큰 값이다. 이렇게 실험값과 이론값이 다른 이유는 실험 과정에서의 오차일 수 있다. 탄소 전극의 탄소 가루나 구리 전극의 건조 과정에서의 남아있는 물기 또는 먼지 등이 변수로 작용했을 수 있다.Discussion (20 점)자발적으로 작동되는 전기화학 전지를 갈바니 전지라고 한다. 이러한 전지를 이용하여 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다.(a)탄소 산화 전극에서는 산소가 발생하며, (b)구리 환원 전극에서는 구리가 석출된다. 전체 반응식은 Zn2+(aq)+2eZn(s)로 나타낼 수 있다.전지에서 0.8A의 일정한 전류가 25분 동안 흐르는 것이 관찰되었다고 했을 때, 도선을 통해 흘러들어간 전체 전하량은 0.8*1500c이다. 1500은 25분을 초 단위로 바꾼 것이다. 따라서 총 전하량은 1200 쿨롱이다. 이때 석출되는 아연의 몰수를 패러데이의 법칙을 이용해 구히보자. 1200c=n*2*96000c/mol이므로 석출되는 아연의 몰수는 6.25*10^-3mol임을 알 수 있다. 이런 아연의 원자량이 65g/mol이라 하면 석출되는 아연의 무게는 몰수에 원자량을 곱한 값인 6.25*10^-3mol * 65g/mol=406.25*10^-3g이다. 이를 유효숫자 세 개로 나타내면 406*10^-3g이다.이름 & 학번:날짜:11.13.2020일반화학실험II실험 제목: 전기 분해&전기 도금

자연과학| 2020.11.13| 3페이지| 2,000원| 조회(285)

일반화학실험, 화학, 화학실험, 패러데이, 전기 분해, 전기 도금 레포트

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