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표준일반화학실험-대한화학회-천문각-화학 평형 상수A+레포트

화학 평형 상수화학 평형 상수()실험목적색깔을 비교하는 방법으로 착이온의 농도를 알아내어 착이온 생성반응의 평형상수를 결정한다.실험이론반응물을 섞어서 적당한 조건을 만들어주면 생성물이 마들어지기 시작한다. 그러나 이런 반응은 언제까지나 진행되지 않고, 시간이 지나면 더 이상 반응이 진행되지 않는 것처럼 보이는 평형에 도달하게 된다. 이런 평형 상태에서는 반응물이 소모되지도 않고, 생성물이 더 이상 만들어지지도 않아서 겉보기에는 아무런 화학 반응이 진행되고 있지 않은 것처럼 보인다. 그러나 실제로는 생성물이 만들어지는 반응과 생성물이 다시 반응물로 되돌아가는 역반응이 정확하게 같은 속도로 일어나기 때문에 겉보기에 아무런 변화가 없는 것처럼 보이는 것이다.화학 반응이 평형에 도달했을 때, 반응물과 생성물의 농도는 일정한 관계를 갖게 된다. 평형에서 반응물과 생성물의 상대적인 양의 비는 평형상수로 나타낼 수 있다.평형 상수는 온도에 따라 다른 값을 갖지만, 처음에 넣어준 반응물의 양에 따라서 달라지지는 않는다.이 실험에서는 착이온(Fe(SCN) ^{2+} (aq))이 생성되는 반응과 수산화 칼슘()이 물에 녹는 반응의 평형 상수를 측정한다. 질산철(III) 용액과 싸이오사이안산 칼륨(KSCN)용액을 섞으면 짙은 붉은색의 착이온인(Fe(SCN) ^{2+} (aq))가 만들어진다.Fe ^{3+} (aq)+SCN ^{-} (aq) Fe(SCN) ^{2+} (aq)이 반응의 평형 상수는 다음과 같이 주어진다.K= {[Fe(SCN) ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]}넣어준Fe ^{3+} 와`SCN ^{-}의 농도가 각각 a와 b이고, 평행에 도달했을 때Fe(SCN) ^{2+}이온의 농도가 X라면 평형 상수는 아래와 같이 표현된다.K= {X} over {(a-X)(b-X)}이 반응에서 생성된 착이온의 농도는 분광광도계를 사용하면 정확하게 측정할 있다.여기서는 착이온의 색깔이 짙기 때문에 표준 용액의 색깔과 비교해서도 쉽게 그 농도를 알아낼 수 있다.빛을 흡수하는 물질이 녹아있는 용액의 흡광도는 베르의 법칙을 따른다. 즉 용액에 의하여 빛이 흡수되는 정도는 용액의 농도와 빛이 용액을 통과하는 거리의 곱에 비례한다. 예를 들어서 2M 용액이 길이가 1cm인 용기에 들어있을 때의 색과 1M 용액이 2cm의 용기에 들어있을 경우의 색은 똑같아 보인다. 따라서 농도를 알고 있는Fe(SCN) ^{2+} 표준 용액의 색과 농도를 알고 싶어 하는 용액의 색을 비교해서 알 수 있다. 이런 방법을 비색법이라고 한다.농도가C _{0} 인`Fe(SCN) ^{2+} 용액을 높이가L _{0} cm가 되도록 시험관에 넣고, 농도를 알고 싶은Fe(SCN) ^{2+} 용액을 다른 시험관에 넣어서 두 시험관 속에 담긴 용액의 색깔이 같아지도록 용액의 양을 조절한다. 미지 시료를 담은 시험관에서 용액의 높이가L _{1}이라면, 미지 시료의 농도C _{1}은 다음 식으로 주어진다.C _{1} = {C _{0} L _{0}} over {L _{1}}Fe(SCN) ^{2+} 표준 용액은 일정한 양의SCN ^{-} 넣은 용액에Fe ^{3+}을 과량으로 넣어서 평형을 오른쪽으로 충분히 이동시키면 만들어진다.용해도보다 더 많은 양의 고체 물질을 물에 넣어주면, 일부는 물에 녹고 나머지는 고체로 남아있게 된다.실험기구 및 시약1.실험기구1) 100*200mm(test tube) 시험관 7개2) 눈금 실린더 10mL, 50mL3) 스포이드4) 그래프 용지5) 테이프6) 시험관대7) 부피 플라스크 4개8) 비커 4개9) 뷰렛, 50mL10) 뷰흐너 깔때기11) 감압 플라스크12) 온도계13) 고무관14) 거름 종이15) 시약주걱2.시약0.2MFe(NO _{3} ) _{3}0.002M`KSCN#0.10M,`0.050M,`0.025M``NaOH#0.10M`HCl`표준용액#Ca(OH) _{2}#페놀프탈레인`지시약실험과정1) 5개의 시험관에 번호를 붙여서, 시험관대에 나란히 꽂아두고, 새로 만든 0.002M KSCN 용액 5mL 씩 눈금 실린더로 측정해서 넣는다.2) 1번 시험관에 0.2MFe(NO _{3} ) _{3} 용액 5.0mL를 눈금 실린더로 측정해서 넣고 잘 흔들어준다. 이 시험관의SCN ^{-} 는`모두`Fe(SCN) ^{2+} 로 번환되었다고 생각하고 표준 용액으로 사용한다.3) 0.2MFe(NO _{3} ) _{3} 10mL를 10mL 눈금 실린더로 측정해서 25mL 부피 플라스크에 넣고, 증류수를 가해서 전체 부피가 25mL가 되도록 한다. 용액을 비커에 옮겨서 잘 섞은 다음 5.0mL를 덜어서 2번 시험관에 넣고 잘 흔들어준다.4) 3)에서 만든Fe(NO _{3} ) _{3} 용액 10mL를 취해서 같은 방법으로 묽힌 다음 5.0mL를 덜어서 3번 시험관에 넣고 잘 흔들어준다.5) 같은 방법으로 묽힌Fe(NO _{3} ) _{3} 용액을 5번 시험관까지 채운다. 용액을 묽힐 때마다 눈금 실린더와 비커를 깨끗이 씻어야 한다.6) 1번과 2번 시험관을 종이로 둘러싸고 느슨하게 테이프를 붙여서 시험관 옆에서 빛이 들어오지 않도록 만든다. 종이 속의 시험관이 움직일 수 있어야 한다. 흰 종이 위에 두 시험관을 나란히 세운 후에 깨끗하게 씻어서 말린 빈 시험관 하나를 준비한다.7) 1번과 2번 시험관을 위쪽에서 내려다보았을 때 두 용액의 색깔이 같아질 때까지 스포이드를 이용해서 1번 시험관의 용액을 빈 시험관에 한 방울씩 덜어낸다.8) 시험관을 둘러싼 종이를 벗겨내고, 밀리미터 단위의 눈금이 새겨진 그래프 용지를 시험관 뒤에 세워서 1번과 2번 시험관에 들어있는 용액의 높이를 측정한다.9) 3,4,5번 시험관에 들어있는 용액도 같은 방법으로 1번 시험관에 들어있는 용액의 색깔과 비교해서 그 높이를 측정한다.참조평형상수: 평형상수는 화학 평형의 법칙으로부터 유도된 것으로 생성물의 몰농도 곱과 반응물의 몰농도 곱의 비이다.-불균일 평형 [不均一平衡] (Basic 고교생을 위한 화학 용어사전, 2002. 9. 30., 서인호)착이온: 착화합물의 이온인 착이온(complex ion)은 금속 이온과는 또 다른 성질을 가지는 이온이다. 착이온의 형성상수는 10의 수 제곱 정도로 매우 크기 때문에 중심금속이 단독으로 이온상태로 이온으로 있기보다 착이온을 형성하여 안정해지려 한다-David W. Oxtoby. 《Principles Modern Chemistry 6E/Oxtoby, Gillis, Campion결과시험관 번호혼합 용액의 처음 농도, M색이 같아졌을 때의 높이Fe ^{3+}SCN ^{-}10.050.0005-20.030.00054.4cm30.0180.00053.7cm40.01080.0005

자연과학| 2022.03.29| 6페이지| 2,000원| 조회(229)

일반화학실험, 가천대학교, 화학 평형 상수 레포트

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표준일반화학실험-대한화학회-화학전지A+레포트

화학 전지화학 전지()실험목적자발적 화학 반응으로 일어나는 전자 이동을 이용하여 전기 에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고, 몇 가지 금속 이온의 전기화학적 서열을 확인한다.실험이론화합물은 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 분자를 “환원”되었다고 한다. 이러한 산화-환원 반응은 산-염기 반응과 마찬가지로 화학의 여러 분야에서 널리 활용되고 있다. 녹색 식물의 광합성반응과 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. 건전지 와 자동차용 배터리가 그런 화학 전지의 대표적인 예이며, 우리 생활에서 사용하는 전자 제품의 대부분은 이러 화학 전지를 에너지원으로 사용하고 있다.산원-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 전기에너지원으로 사용하기 위한 화학전지를 “갈바니 전지”라고 부른다. 화합물이 전지를 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 전해질이 들어있다. 금속 전극은 금속선을 통하여 다른 쪽의 전극과 연결되어 있으며, 용액의 전하 변화를 상쇄시켜주기 위한 염다리를 사용하기도 한다. 염다리는 U자형의 유리관에 KCl과 같은 염이 섞여있는 젤로 채워진 것으로 염다리를 통해서 수용액 중에 녹아있는 이온들은 이동할 수 있지만 두 용액이 직접 맞닿아 섞어지지 않도록 하는 역할을 한다. (주의: 유리관 염다리 대신에 얇고 길게 자른 거름 종이를 포화 KCl 수용액에 잠시 담근 후 꺼내서 사용해도 무방하다.)이렇게 구성한 전지의 한 쪽 반쪽 전지로 흘러가서 전지에서는 화합물이 산화되면서 빠져 나온 전자가 전극을 통하여 다른 반쪽 전지로 흘러가서 전극을 총하여 수용액 중의 화합물에 전달되어 환원 반응이 일어나게 된다. 이때 산화 반응이 일어나는 전극을 산화전극이라고 부르고, 환원 반응이 일어나는 전극을 환원전극이라고 부른다. 전자는 산화전극에서 환원전극 쪽으로 흘러가므로, 전류는 환원전극에서 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 전극이 있다. 표준 수소 전극은 1기압의 압력으로 유지되는 수소 기체와 평형을 이루고 있으면서 하이드로늄 이온(H ^{+})의 농도가 1.0M인25 ^{`o} C의 수용액 속에 백금 금속으로 만든 전극이 설치되어 있는 것으로 다음과 같은 환원 반응이 일어난다.2H ^{+} (aq)+2e ^{-} -> H _{2} (g)일반적으로 표준 수소 전극의 전위를E ^{o}를 0.00 V라고 정의하고, 다른 전극과 표준 수소 전극을 연결한 전지에서 얻은 전위차를 그 전극의 환원 전위라고 하고,25 ^{`o} C에서 측정한 환원 전위를 표준 환원 전위라고 한다.예를 들어서25 ^{`o} C에서 1.0M의 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 수소분자가 산화되어 하이드로늄 이온으로 물에 녹게 된다. 이 경우에 두 전극 사이의 전위차는 0.337V 이며, 이 값을 구리 전극의 표준 환원 전위라고 한다. 즉Cu ^{2+} (aq)+2e ^{-} -> Cu(s)`````````E ^{o} =0.337V그러나25 ^{`o} C에서 1.0M의 아연 이온(Zn ^{2+})이 녹아있는 용액에 아연판을 전극으로 사용한 반쪽 전지를 표준 수소 전극과 연결하면 아연 전극이 녹으면서 산화되어 아연이온이 되고, 표준 수소 전극에서는 하이드로늄 이온이 환원되어 수소 기체가 된다. 이 경우에 두 전극 사이의 전위차는 0.763V이고, 아연 전극의 전위가 더 낮으므로 아연 전극의 표준 환원 전위는 -0.763V가 된다.Zn ^{2+} (aq)+2e ^{-} -> Zn(s)```````````E ^{o} =-0.763V따라서, 임의의 반쪽 전지 두 개를 연결하여 갈바니 전지를 만드는 경우에 환원 전위가 더 큰 쪽은 환원 반응이 일어나서 전위가 높은 환원전극이 되고, 화원 전위가 더 낮은 쪽은 산화 반응이 일어나서 전위가 낮은 산화전극이 된다. 즉, 구리 전극과 아연 전극을 연결해서 만든 다니엘 전지의 경우에는 구리 전극이 환원전극이 되고, 아연 전극이 산화전극이 되어서 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 정도지만, 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 고려되어야한다.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. 금속이온이 환원되려는 경향이나 금속이 산화되려는 경향을 상대적으로 나타낸 것이 “전기 화학적 서열”이다.이 실험에서는 구리 전극, 아련 전극, 납 전극을 이용한 화학 전지를 만들어보고, 여러 가지 금속의 전기 화학적 서열을 확인해본다.실험기구 및 시약1. 실험기구구리판, 아연판, 납판(가로 1.0cm, 세로 7.0cm 크기: 위에서 1cm 위치에 구멍을 뚫어서 구리선을 연결하기 쉽도록 만든다.)100mL 비커 3개디지텅 전압계구리선유리관 작경 7 mm이하, 길이 약 20cm사포, 400번가열판2. 시약1.0MPb(NO _{3} ) _{2}1.0MZn(NO _{3} ) _{2}1.0MCu(NO _{3} ) _{2}포화 KCl 용액우뭇가사리실험과정실험A. 전기화학적 서열1) 구리, 아연 납으로 된 얇은 판을 가로와 세로가 각각 0.5cm 정도로 두 개씩 잘라서 양면을 고운 사포로 깨끗하게 닦은 후 구리선을 연결한다.2) 두 개의 비커에 1.0MCu(NO _{3} ) _{2} 용액을 약 10mL 씩 피펫으로 옮긴 후에 각 비커에 아연판과 납판을 담근다.3) 같은 방법으로 1.0MZn(NO _{3} ) _{2} 용액에 구리판과 납판을 넣고, 1.0MPb(NO _{3} ) _{2} 용액에는 구리판과 아연판을 담근다.4) 각 비커에서 일어나는화학 반응을 관찰하여 기록한다.실험B. 화학 전지1) 얇은 아연판과 구리판을 가로 1.0cm, 세로 7.0cm로 잘라서 양면을 고운 사포로 잘 닦은 후 구리선을 연결한다.2) 100mL 비커 두 개를 준비하여, 한 쪽에는 1.0MZn(NO _{3} ) _{2} 용액 80mL를 넣은 후에 아연판을 담그고, 다른 쪽에는 1.0M

자연과학| 2022.03.29| 6페이지| 2,000원| 조회(215)

일반화학실험, 가천대학교, 화학전지 레포트

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표준일반화학실험-대한화학회-인산의 적정과 완충용액A+레포트

인산의 적정과 완충 용액인산의 적정과 완충 용액()실험목적인산의 적정을 통해서 다양성자산의 적정 곡선을 익히고, 완충 용액의 원리와 중요성을 배운다.실험이론산이나 염기를 넣어주어도 용액의 pH가 거의 변화하지 않는 현상을 완충 작용이라고 하면, 이런 특성을 가진 용액을 완충 용액이라고 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 위험이 될 정도가 된다. 따라서 혈액의 완충 작용이 없다면 우리 몸은 시시각각으로 우리 몸에 유입되는 여러종류의 산과 염기에 적절하게 대응하지 못하게 될 것이다. 완충 작용을 이해하기 위해서 pH가 5인 용액 몇 종류를 생각해본다. 먼저 0.1M 염산(HCl)을 0.1M 수산화 나트륨(NaOH)으로 적정하는 경우에 대부분의 염산이 증화되고10 ^{-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. pH 5정도가 되면 당량점에 충분히 가까운 상태이고, 여기에 수산화 나트륨 용액을 한 방물만 넣어도 pH는 급격하게 증가하게 된다. 즉 센 산인 염산과 센 염기인 수산화 나트륨이 해리 할 때 생기는Cl ^{-`} 와`Na ^{+}는 용액의 수소 이온 농도의 변화에 아무런 영햐을 미치지 않기 때문에 넣어준 염기의 양에 따라서 용액의 수소 이온 농도가 민감하게 변하게 된다. 이런 사정은 진한 염산(12M HCl)을 묽혀서10 ^{-5}M 염산 용액을 만들었을 경우에도 마찬가지이다.이제 0.1M아세트산(CH _{3} COOH,HAc)을 0.1M NaOH로 적정하는 경우를 생각해보자. 아세트산은 약산이기 때문에 물 속에서 완전히 해리하지 않는다. 그래서 염산의 경우와는 달리 0.1M 아세트산의 pH는 2.9이고, 센 염기인 수산화 나트륨을 넣어서 처음에 있던 아세트산의 절반을 중화하면 pH가 4.75가 된다. 따라서 수산화 나트륨을 넣어서 pH 5가 되어도 당량점과는 상당히 멀고, 아세트산과 아세트산이 해리해서 생긴 짝염기인CH _{3} COO ^{-} (Ac ^{-} )가 혼합 되어 있는 상태가 된다. 센 산을 중화할 때와는 달리 이 용액에 수산화 나트륨을 한 방울 더 넣어도 용액의 수소 이온 농도의 변화는 매우 완만한 완충 효과가 나타난다. 물론 이런 완충 용액은 아세트산과 아세트산 나트륨(CH _{3} COONa,NaAc)을 직접 섞어서 만들 수도 있다. 염인 아세트산 나트륨은 물 속에서 완전히 해리하여Na ^{-} 와Ac ^{-}가 된다.일반적으로 왐충 용액은 약산과 그의 염 또는 약염기와 그이 염을 혼합해서 만든다. 완충 용액에는 해리하지 않은 약산(또는 약 염기)과 염이 해리해서 생기는 짝염기(또는 짝산)가 혼합되어 있다. 약산과 짝염기로 만들어진 완충 용액에 다른 산이나 염기를 넣어주면, 넣어준 산이 해리해서 생긴 수소 이온은 짝염기와 결합하여 약산이 되고, 넣어준 염기는 해리하지 않은 상태의 약산을 해리시켜서 수소 이온을 보충하기 때문에 용액의 수소 이온 농도는 변화가 크게 나타나지 않는다. 아세트산과 아세트산 나트륨을 섞어서 만든HAc-Ac ^{{} _{-}} 완충 용액을 예로 완충 작용에 대해 좀 더 생각해보자. 물 속에서 아세트산은 아세트 이온과 다음과 같은 평행을 이루게 된다.HAc(aq)+H _{2} O` Ac ^{-} (aq)+H _{3} O ^{+} (aq)이 용액에 아세트산 이온을 넣어주면 르샤틀리에의 원리에 의해서 역반응이 진행되어서 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 완충시켜 주는 역할을 할 수 있는 아세트산과 아세트산 이온이 충분히 들어있어야한다.pH=pK _{a} +log {[Ac ^{-} ]} over {[HAc]}여기서K _{a}는 산해리 상수이고,pK _{a} 는`-logK _{a}를 나타낸다. 즉, 완충 용액의 pH는 아세트산의 산 해리 상수(1.75*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.생체에서는 pH7 정도에서 완충 작용이 필요하기 때문에pK _{a}의 값이 7에 가까운 산이 이용된다. 아세트산과 같은 약산의 경우에도pK _{a} 값이 7보다 훨씬 작기 때문에 pH7의 완충 용액을 만드는 데에는 적당하지 않다. 자연은 인산과 같은 다양성자산으로 이 문제를 해결한다. 3개의 양성자를 가지고 있는 인산은 수용액 속에서 아래와 같은 3가지 평형을 이룬다. 이 중에서H _{2} PO _{4} ^{-} `가`HPO _{4} ^{2-} 로 해리되는 2차 산해리에 대한pK _{a2}가 7.20이기 때문에 pH7정도의 완충 용액을 만드는데에 적당하다.H _{3} PO _{4} ` H ^{+} +H _{2} PO _{4} ^{-} ``````````````K _{a1} =7.11 TIMES 10 ^{-3}#H _{3} PO _{4} ^{-} ` H ^{+} +H _{2} PO _{4} ^{2-} ``````````K _{a2} =6.32 TIMES 10 ^{-8}#H _{3} PO _{4} ` ^{2-} H ^{+} +H _{2} PO _{4} ^{-} ``````````K _{a3} =7.1 TIMES 10 ^{-13}이 실험에서는 NaOH로 인산을 적정하면서H _{3} PO _{4}가 모두 소모되는 제1당량점과H _{2} PO _{4} ^{-}가 모두 소모되는 제2당량점을 결정하고H _{3} PO _{4}와H _{2} PO _{4} ^{-}로 구성되는 완충 영역과H _{2} PO _{4} ^{-}와H _{2} PO _{4} ^{2-}로 구성되는 완충 역역에 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.실험기구 및 시약1. 실험기구100mL 부피플라스크0.10M 인산100mL 비커0.10M 수산화 나트륨뷰렛증류수20mL 홀 피펫pH 미터실험과정1) 100mL 비커에 피펫으로 0.10MH _{3} PO _{4} 20mL를 넣고 자석식 짓게로 잘 저어주면서 pH미터를 이용하여 pH를 측정한다.2) 0.10M NaOH 용액으로 뷰렛을 채우고, “실험 결과”의 표에 지시된 만큼씩의 NaOH 용액을 인상이 담긴 비커에 넣고, pH미터의 눈금이 안정될 때까지 기다려서 pH를 측정한다.3)시간이 허용되면 한 번 더 반복한다.참조르 샤틀리에의 원리는 화학 평형 상태 물질의 외부 조건을 변화시켰을 때, 어떤 반응이 일어날 지 예측하는데 사용한다.-THE BIOPHYSICAL BASIS FOR THE GRAPHICAL REPRESENTATIONS”.다량점-보통 종말점과 당량점은 혼용되지만 이 둘은 약간 다른 의미를 가지고 있다. 당량점은 이론적인 지점으로 몰수, 부피, 농도가 완벽하게 일치한다. 하지만 종말점은 실험자가 실험을 통해 결정하는 것으로 보통 육안으로 확인하기 때문에 당량점과 비교했을 때 오차가 생긴다.-Harris, D.C. (2003). 《Quantitavie Chemical Analysis (6 ed.)》. Macmillan. 129쪽

자연과학| 2022.03.29| 6페이지| 2,000원| 조회(168)

일반화학실험, 가천대학교, 인산의 적정과 완충용액 레포트

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표준일반화학실험-대한화학회-천문각-의약품 합성-아스피린A+레포트

의약품 합성 - 아스피린의약품 합성 - 아스피린()실험목적가장 성공적인 의약품의 하나인 아스피린을 합성하여 유기 합성의 의미를 배운다.실험이론탄소 화합물을 중심으로 하는 유기 화합물의 인공적인 합성은 현대 화학의 핵심이며, 합성 의약품의 눈부신 발전을 가능하게 합으로써 인류의 건강 증진에 핵심적인 기여를 하였다. 특히 유기 합성은 1971년 미국의 화학자 우드워드가 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 옾여서 불순물이 생기지 않도록 하거나 불순물을 완전히 제거하는 기술도 중요하다. 특히 의약품 합성의 경우에는 서로 거울상 해당하는 광학 이성질체들이 서로 전혀 다른 생물 화학적 특성을 나태내기 때문에 탄소를 중심으로 하는 비대칭 중심도 정확하게 조절해서 원하는 이성질체만을 선택적으로 합성해야하는 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.대부분의 유기 합성은 시작 물질로부터 시작하여 여러 단체의 합성과정을 거쳐서 이루어진다.합성의 각 단계마다 중간 생성 물질을 여러 가지 물리 화학적 방법으로 확인하고 분리하려 다음 합성 단계로 엄어가게 된다. 복잡한 경우에 합성 의약품 중에서 가장 성공적인 것으로 알려진 아스피린은 위에서 보여준 것과 같은 구조를 가진 아세틸살리실산이라는 화합물로 ㅂㅇ향족 벤젠 분자에 카복실기와 에스터기가 결합된 비교적 간단한 구조로 되어 있다.아스피린은 유기산의 일종으로 값이 싼 화합물린 살리실산에 결합되어 있는 작용기 -OH를 에스터화 반응으로 변환시켜서 합성할 수 있다. 에스터화 반응은 카복실산과 알코올이 반응하여 에스터가 생성되는 반응으로 산성 용액에서 매우 빠르게 일어난다. 카복실산 대신 카복실 무수물을 이용하기도 한다.아스피린의 합성에서는 카복실 무수물로 아세트산 무수물을 이용하고, 촉매로 소량의 인산을 사용한다. 아스피린의 합성은 다은과 같이 나타낼 수 있다.이 실험에서 합성한 아스피린은 불순물을 포함하고 있기 때문에 그대로 의약품으로 사용할 수응 없고 재결정의 방법으로 정제해야 한다. 순수한 아스피린의 녹는점은135`` ^{o} C이다.실험기구 및 시약1. 실험기구물중탕가열판저울삼각 플라스크비커유리 막대스탠드클램프눈금 실린더감압 거름장치녹는점 측정장치온도계거름종이2. 시약살리실산아세트산 무수물85% 인산석유 에터얼음에틸 에터실험과정1) 살리실산 2.5g을 50mL 삼각 플라스크에 넣고 아세트산 무수물 3mL를 넣는다.이때 용기 벽에 묻은 살리실산을 모두 씻어낼 수 있도록 용기 벽을 따라 무수물이 흘러 내리도록 하는 것이 좋다.2) 물중탕 장치를 준비하여 삼각 플라스크를 고정시킨다.3) 85% 인산 3~4 방울을 촉매로 넣어 주고 70~85` ^{o} C로 유지하여 10분간 가열하면 반응이 완결된다.4) 이 용액에 증류수 2mL를 조심스럽게 넣어서 반응하지 않고 남아있는 아세트산 무수물을 분해시킨다. 아세트산 무수물이 분해되는 동안에 아세트산 증기가 발생하므로 실험실의 환기가 잘되도록 한다.5) 아세트산 증기가 더 이상 발생하지 않으면 삼각 플라스크를 물중탕에서 꺼내 증류수 20mL를 넣어주고 실온까지 냉각시킨다.6) 이스피린 결정이 생성되지 않을 경우 삼각 플라스크를 얼음물로 냉각시키도 유리 막대로 삼각 플라스크 왼쪽을 긁어준다.7) 생성된 결정을 감압 여과기로 걸러낸 후 5mL의 얼음물로 씻고, 다른 거름 종이로 옮겨 공기 중에서 10~20분 동안 말려서 무게를 잰다.8) 아스피린 1.0g 정도를 덜어서 삼각 플라스그에 넣고 5mL 에틸 에터를 넣어서 물중탕으로 가열하여 녹인다. 녹지 않은 물질이 있을 경우 거름 종이로 걸러 제게한다.9) 여과된 용액에 석유에터 15mL를 가한 후에 용액을 젓지 말고 얼음 물에 담가 두어 침전이 생기도록 한다.10) 생성된 침전을 거르고 소량의 성유 에터로 씻은 후에 다른 거름 종이에 옮겨 말린다.참조에스터는 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 (에스테르화) 반응이라고 한다-Vale A (2007). “Methanol”. 《Medicine》 35 (12): 633?4.광학 이성질체는 광학 활성을 갖는 두 분자가 거울 대칭인 관계를 이루는 경우를 이르는 말이다.-조현수 외 (2011년 3월 1일). 《고등학교 과학》. 천재교육

자연과학| 2022.03.29| 5페이지| 2,000원| 조회(176)

일반화학실험, 가천대학교, 의약품실험-아스피린 레포트

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표준일반화학실험-대한화학회-천문각-약한산의 이온화 상수 결정A+레포트

약한산의 이온화 상수 결정약한산의 이온화 상수 결정()실험목적약한산이나 염기의 히드로늄 이온농도 또는 pH를 측정하여 이온화 상수인K _{a,} K _{b} 값을 구할 수 있다.HA+H _{2} O` A ^{-} +H _{2} O ^{+}실험이론약한산의 이온화 사수를 결정하기 위하여는 그 용액 중에 이온들의 농도와 이오화 되지 앟은 산의 농도를 결정하여야 한다. 산의 화학식을 HA로써 표시하기로 하면 수용약 상태에서는 다음과 같은 평형이 이루어진다.이 평형상태를 기술하는 평형사수는 다음과 같다.K _{a} '= {[H _{2} O ^{+} ][A ^{-} ]} over {[HA][H _{2} O}}이러한 산의 수용 중에서의 물의 농도는 실질적으로 일정하므로 우리는 다음과 같이 쓸 수 있다.K _{a} =K _{a} '[H _{2} O]= {[H _{2} O ^{+} ][A ^{-} ]} over {[HA]}이 상수는K _{a}를 산 HA의 이온화 상수라고 부른다. 따라서 용액중에 존재하는 히드로늄이온(H _{2} O ^{+})의 농도와A ^{-}이온의 농도 및 해리되지 않은 산분자 HA의 농도를 측정하면 이온화 상수K _{a}를 계산할 수 있을 것이다. 산의 농도가 매우 묽거나 또는 너무 진하지 않을 경우에는 다음과 같은 물의 자체해리에서 생겨 나오는H _{2} O ^{+}의 농도를 HA에서 생겨나오는 그석에 비하여 무시할 수 있다H _{2} O+H _{2} O` H _{2} O ^{+} +OH ^{-}이러한 경우, 용액 중에 존재하는H _{2} O ^{+}의 농도와A ^{-}의 농도는 같다고 볼 수 있다. 또K _{a} 값이 작은, 약한산의 경우에는 이들 이온의 농도는 해리되지 않고 분자상태로 남아 있는 HA의 농도에 비하여 매우 작으므로 용액 중에 존재하는 HA의 농도는 산의 원래 농도로 대치할 수 있다. 따라서 약한산 HA의 수용액에 대한K _{a}를 다음과 같이 나타낼 수 있다.K _{a} = {[A ^{-} ] ^{2}} over {[HA]} = {[H _{2} O ^{+} ] ^{2}} over {[HA]}용액의 pH는-log[H _{2} O ^{+} ]와 같으므로 농도가 알려진 산 HA 수용액의 pH를 측정하면K _{a} 값을 결정할 수 있다. 산의 이온화 상수K _{a}는 모든 평형상수값이 그러하듯이 온도의 함수이므로 여러분이 결정한K _{a}값을 얻을 때는 온도를 알아두어야 한다.실험기구 및 시약pH 미터 또는 만능 pH 시험지시계접시 4개온도계200mL 눈금피펫100mL 비이커 5개0.10MCH _{3} COOH실험과정1) 0.01M 아세트산의 수용액을 pH 전극이 충분히 잠길 수 있을 정도로 취하여 pH 전극을 담그고 메타의 눈금을 읽어 pH를 측정한다.2) 다음에는 20mL의 0.01M 아세트산을 취하여 증류수로 묽혀 그 부피를 5배가 되도록 한 다음 pH를 측정한다.3) 또한 농도를 10배로 묽혀 pH를 측정한다.참조이온화상수: 이온화평형을 볼 수 있을 때의 평형상수이다.-두산백과해리: 해리는 착물이나 분자 및 소금 따위가 분리 또는 분열하여, 보다 작은 분자나 이온 또는 라디칼이 생기는 과정이다.[1] 또한, 해리반응은 많은 경우에 있어서 가역반응이다. -국제순수·응용화학연합 Compendium of Chemical Terminology (the "Gold Book")실험결과아세트산의 농도0.01M0.002M0.001MpH2.712.973.13H _{3} O ^{+}1.95*10 ^{-3}1.07*10 ^{-3}7.41*10 ^{-4}CH _{3} COO ^{{} _{-}}1.95*10 ^{-3}1.07*10 ^{-3}7.41*10 ^{-4}CH _{3} COOH8.05*10 ^{-3}9.3*10 ^{-4}2.59*10 ^{-4}K _{a}4.72*10 ^{-4}1.23*10 ^{-3}2.12*10 ^{-3}풀이1.#PH=-log[H _{3} O ^{+} ]#2.71=-log[H _{3} O ^{+} ]#=1.95*10 ^{-3}##0.01M-1.95*10 ^{-3} M=8.05*10 ^{-3}##K _{a} = {[H _{3} O ^{+} ] ^{2}} over {[CH _{3} COOH]} = {(1.95*10 ^{-3} ) ^{2}} over {8.05*10 ^{-3}} =4.72*10 ^{-4}2.#PH=-log[H _{3} O ^{+} ]#2.97=-log[H _{3} O ^{+} ]#=1.07*10 ^{-3}##0.002M-1.07*10 ^{-3} M=9.3*10 ^{-4}##K _{a} = {[H _{3} O ^{+} ] ^{2}} over {[CH _{3} COOH]} = {(1.07*10 ^{-3} ) ^{2}} over {9.3*10 ^{-4}} =1.23*10 ^{-3}3.#PH=-log[H _{3} O ^{+} ]#3.13=-log[H _{3} O ^{+} ]#=7.41*10 ^{-4}##0.001M-7.41*10 ^{-4} M=2.59*10 ^{-4}##K _{a} = {[H _{3} O ^{+} ] ^{2}} over {[CH _{3} COOH]} = {(7.41*10 ^{-4} ) ^{2}} over {2.59*10 ^{-4}} =2.12*10 ^{-3}고찰이 실험은 약한산이나 염기의 히드로늄 이온농도 또는 pH를 측정하여 이온화 상수 인K _{a}값을 구하는 실험이다. 약한산의 이론와 상수를 결정하기 위하여는 그 용해 중에 이온들의 농도와 이온화 되지 않은 산의 농도를 결정하여야 한다.

자연과학| 2022.03.29| 5페이지| 2,000원| 조회(215)

일반화학실험, 가천대학교, 약한산의이온화상수결정 레포트

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