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생물정보학, 바이오인포매틱스 , 수상작

생물정보학과 그의 미래- 생물정보학의 윤리적 문제 ,미래에 대한 예상 -- 목 차 -1) 탐구 문제와 접근 동기/ Bioinformatics의 정의 ----------22)Bioinformatics의 발생 배경 및 역사 ------------------33) 이론적 접근 ------------------------------------44) 실험(조사) 내용 --------------------------------- 55) 연구(조사) 과정 ------------------------------ 6~126) Bioinformatics의 윤리적 문제 -------------------13~157) 이 학문이 가져오게 될 변화에 대한 예상 -----------16~188) 연구(조사) 결과 -------------------------------- 189) 연구(조사)에 대한 결론/ 느낀점 ---------------------191) 탐구 문제와 접근 동기1. Bioinformatics의 정의 및 발생 배경.2. Bioinformatics의 윤리적 문제.3. 이 학문이 가져오게 될 변화에 대한 예상./ Bioinformatics의 정의Informatics(정보학)Bio(생물학)Bioinformatics생물정보학컴퓨터를 이용해 각종 생명정보를 처리하는 학문으로, 방대한 생물의 유전자 정보를 분석하기 위한 학문이다. 유전자 예측 프로그램 개발, 생명정보 데이터베이스 구축 등 정보 기술의 개발과 바이오 칩이라 불리는 첨단 반도체의 개발 등이 해당된다. 이는 유전체(게놈)의 기능 연구를 기반으로 실질적인 인류 혜택을 실현할 포스트 게놈 시대의 학문이다./ Bioinformatics의 발생 배경 및 역사변변찮은 실험 도구를 이용하여 실험을 하던 생물학의 초기 단계에서는 엑셀 등의 프로그램으로 분석이 가능한 데이터들이 느린 속도로 만들어지고 있었다. 1990년대부터 기기 등의 발달이 생물학에 서서히 영향을 주기 시작했고, 1990년대 후반부터 서서히 대용량의 생물학 데이하여 연구에 사용하는 것은 살인, 범죄이다.3) 실험(조사) 내용/ Bioinformatics의 분야1. 유전체학 : DNA / RNA 염기 서열과 단백질 아미노산 서열을 분석하는 학문2. 전사체학 : 유전자 발현에 대해 분석하는 학문3. 단백체학 : 거대분자 및 단백질 구조에 대해 분석하는 학문/ Bioinformatics의 연구에 대한 윤리적 문제1. 배아줄기세포/ Bioinformatics가 가져오게 될 변화에 대한 예상4) 연구(조사) 과정////유전체학 : 유전체(게놈)을 연구하는 학문으로, 생물학, 의학, 산업 등에서 제기된 문제의 해결을 위하여 특정 생물체의 개별 유전자들의 총합인 유전체 및 관련 정보를 체계적으로 연구하는 학문.게놈 : 한 개체가 지닌 유전자 세트를 말하며, 이는 생명현상의 유지 및 모든 형질의 발현에 필요한 하나의 단위이다. 인간의 게놈은 22쌍의 상염책체와, 1쌍의 성염색체, 즉 23쌍의 서로 다른 염색체로 이루어진다.인간세포 속의 세포핵에는 2중 나선형으로 꼬여 있는 23쌍,46개의 염색체에 모든 유전정보가 담겨 있다. 이 물질은 DNA 이며, A(아데닌), G(구아닌), C(시토신), T(티민) 등 4가지 염기의 다양한 조합으로 이루어져 있다. 이 염기들은 게놈상에서 수백만, 수억 만 번이나 반복되어 있는데, 이들 염기의 결합 순서를 파악하게 되면 각 생물들이 가지고 있는 고유한 염기배열을 알 수 있다.//// 유전체학의 목표1) 인간 유전자 2만개의 유전자 동정을 파악한다.2) 인간의 DNA를 이루고 있는 30억 개의 화학적 염기배열을 결정한다.3) 데이터 베이스 정보를 기록한다.4) 데이터 분석의 기술상의 문제를 개발, 보완한다.5) 프로젝트에 관한 도덕적, 법률적, 사회적인 쟁점에 대해 설명한다.이 계획이 성공할 경우 새로운 유전자 검사방법 및 질병 치료법, 예방약제, 유전적 치료법의 개발이 가능해진다.//// 유전체학의 연구방향1. 기능 유전체학유전자와 유전자 산물의 기능에 관한 연구를 하는 학문 분야이다. 유전자의전자가 발굴되더라도 그 기능에 관한 정보가 없다는 단점이 있었다. 위치적 클로닝에 사용한 표지를 유전적인 표지라고 하고, 이들의 위치를 보여주는 지도를 유전적인 지도라고 한다.최근에는 유전자칩 기술이 개발되어 이를 이용한 돌연변이의 유전형을 분석하고 그 다형성을 발굴하는데, 인간 게놈에서 가장 많이 발견되는 다형성은 단일염기 변이이다. 유전적인 요소는 모든 인간의 질병과도 연관되며, 질병에 대한 저항성, 민감성 및 질병의 정도가 다르다. 그러므로 DNA 서열을 통하여 밝혀진 염기의 차이를 통하여 질병의 진단, 처방 및 예방이 가능할 것으로 추정된다.////전사체학 : 발현된 RNA의 총체를 연구하는 체학의 한 분야이다. 발현된 단백질의 총합인 단백체와 함께, 발현체를 형성한다. 이 두가지를 합한 연구학문을 발현체학이라고 한다. 전사체학과 발현체학은 유전체학의 기능연구를 추가하는 가장 데이터 양이 많은 분야로서, 기능유전체학의 중요 분야이다.생명현상을 나타내는 서열 정보는 DNA와 RNA, 단백질에서 스스로 복제 가능하고 상호 교환 역시 가능하다. 단, 단백질의 경우 정보를 받기만 하고 서열 정보를 다른 분자에 주거나, 스스로 복제할 수 없다.또한, 일부 RNA 바이러스 등의 예외를 제외하면, 많은 종류의 생명체에서 가장 기본적으로 발생하는 서열정보의 전달은 DNA-RNA-단백질 순서로 이루어진다.이 중, DNA에서 RNA로 서열 정보가 전달되는 과정을 전사라고 한다.전사체는 “전사로 인해 만들어진 물질등의 총합”을 의미한다./// 전사체 분석 목적전사체를 분석하는 가장 주된 이유는 전사체 분석을 통해 각 생명체가 발현 중인 유전자를 폭넓게 파악할 수 있다.생명현상을 나타내는 정보는 유전체(게놈)에 암호화 되어 있다. 따라서 우리는 유전체 분석을 통해 각 생명체가 가진 유전자를 파악하고, 어떤 특징을 보이는지, 서로의 유사성은 얼마나 되는지 유추할 수 있다.전사체를 분석하게 되면 각 유전자들의 발현량을 수치로 확인할 수 있으며, 이를 통해 어떤 생물체가 특정 환s의 윤리적 문제*배경: 배아 줄기세포를 둘러싼 윤리성 시비는 그것이 독립된 생명체인가 여부가 핵심 쟁점. 줄기세포를 이용해 간이나 심장 등 필요한 장기나 조직을 얻기 위해선 배아를 파괴해야 한다. 때문에 정자와 난자가 결합한 수정란 단계부터 생명체로 간주하는 종교계에선 배아를 이용한 난치병 치료에 반대하는 것이다. 이때문에 배아가 아닌 성인의 피부나 장기 등의 조직에서 줄기세포를 추출하는 방법이 오래 전부터 거론돼 왔다.*문제점◆수정란 분할법〓불임치료를 위해 생산된 잉여배아를 사용하는 방법으로 수정뒤 인간으로 태어날 수 있으므로 인간생명의 존엄성 훼손이다.◆체세포 핵이식법〓수정을 거치지 않고 배아를 복제하는 방법으로 복제된 배아도 자궁에 이식되면 인간으로 성장할 수 있기 때문에 실제로 윤리문제에서 자유롭지 못하다.◆동물의 난자이용법〓사람이 아닌 다른 동물의 난자를 이용하는 경우는 대부분의 나라에서 불법으로 간주하는 이종간 유전자 조작이라는 훨씬 심각한 윤리적 문제가 발생할 수 있다.◆성체줄기세포〓배아 파기나 암수교배에 의거하지 않은 수태에서 비롯되는 윤리 문제로부터 자유로운 성체줄기세포를 이용한 치료술로 윤리 논쟁을 피할 수 있다.줄기세포 연구가 윤리적, 사회적 논쟁을 빚는 것은 배아줄기세포를 얻는 방법이다. 지금까지 배아줄기세포는 불임치료를 위해 생산된 잉여배아를 사용하는 방법과 체세포 핵이식 기술을 이용해서 수정을 거치지 않고 배아를 복제하는 방법이었다. 불임치료를 위해 여분으로 만들어져서 냉동 보관되는 잉여배아를 사용해서 줄기세포를 얻는 방법은 우선 배아의 생명으로서의 지위를 둘러싸고 윤리적 논쟁을 야기한다. 연구자와 의사 중에는 수정 뒤 14일 이전까지의 배아는 생명이라기보다 세포 덩어리로 간주해야 하며, 불치병으로 고통받는 환자들의 치료법을 개발하기 위해 배아 연구가 필요하다고 주장한다. 그러나 종교계를 비롯한 일반적인 대중의 정서는 생명이 수정과 동시에 시작된다고 여기기 때문에 배아를 이용한 실험은 인간에 대한 생체실험과 마찬가지로 인간생명의 존엄10년간 '줄기세포' 연구에 투입된다. 생명윤리에 대한 뜨거운 논쟁을 뒤로 하고 정부가 줄기세포연구에 먼저 손을 들어준 격이다.3. 이 학문이 가져오게 될 변화에 대한 예상1) 신약 개발.단백질의 구조와 기능을 밝혀내는 분야를 프로테오믹스라고 부른다. 단백질은 서열보다 훨씬 더 복잡한 구조를 가지므로 분석이 매우 어려워 현재 10만개로 추정되는 단백질의 일부만이 구조와 기능이 밝혀진 상태이다. 프로테오믹스를 통해 각종 질병과 관련된 단백질을 찾아냄으로써 질병의 원인을 알게 되고 약물로 치료할 때 실제로 그 약물이 효능이 있는지 어디에 적용하는지를 상세하게 분석할 수 있어 신약개발과 관련된 시간과 비용을 획기적으로 줄여줄 수 있을 것으로 기대 된다.바이오인포매틱스는 이미 구조가 알려져 있는 단백질의 부분적 구조와 서열간의 관계 데이터베이스를 이용하여 3차 구조를 예측할 수 있는 새로운 방법론을 제시할 수 있다. 즉 실험으로 알려진 각 단백질들의 기능과 단백질체학이 제공하는 발현 정보 등을 입력해서, 세포의 작용을 시뮬레이션 상에서 완벽하게 구현하는 가상세포를 만들 수 있을 것으로 기대된다. 가상세포가 확장되면, 가상 동물이나 가상환자도 만들 수가 있어서, 이러한 가상 시스템을 이용하면 시험관내에서나 생체 내 실험을 하지 않고도 컴퓨터 내에서 새로운 신약을 개발하는 것까지도 이론적으로는 가능해질 것이다. 아직은 입력으로 집어넣을 정보의 양이 전체 그림을 그리기에는 턱없이 부족한 상태이긴 하지만, 복잡성이 단순한 몇 가지의 규칙만으로도 얻어질 수 있고 생체의 항상성을 고려한다면 매력적인 모델을 만들어 내는 것도 불가능하지는 않을 것이다. 이러한 방법론을 이용하여 특정 의약품과 결합할 수 있는 가능성을 가진 유전자를 선별해 낼 수 있으며 특히 켐인포메틱스와 결합하여 신약개발 등에 많이 활용될 수 있다. 유전체학뿐만 아니라 단백질들의 상호 작용으로 이루어지는 네트워크를 이해하는 데도 생물정보학의 도움이 필요하다.2) 유전자 칩.바이오인포매틱스는 유전자 칩의 설계 및 유 있다.

자연과학| 2022.08.24| 6페이지| 2,000원| 조회(309)

생물정보학, 수상작, 주제토론대회

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산화 환원과 철의 부식, 화학실험 A+ 결과레포트

개별보고서화학실험 1(산화와 환원 : 금속의 부식)소 속 :분반/조 :학 번 :성 명 :제 출 일 : 2022.06.18목차I. 실험목적1II. 이론1III. 실험6IV. Data sheet7V. 결과 및 고찰(3~8page)81. 실험결과82. 고찰9VI. 참고문헌10I. 실험목적본 실험에서는 철의 부식과 녹의 제거를 통하여 금속의 산화와 환원 현상을 이해하는 것을 목적으로 한다.II. 이론1. 산화ㆍ환원 반응산화·환원 반응은 원자의 산화수가 달라지는 화학 반응이다. 산화·환원 반응은 화학종 사이의 실제 또는 형식적인 전자 이동을 특징으로 하며, 가장 흔히 한 종(환원제)은 산화(전자 손실)를 겪고 다른 종(산화제)은 환원(전자 획득)을 겪는다. 전자가 제거된 화학종은 산화된 화학종이라고 하고 전자가 추가된 화학종은 환원된 화학종이라고 한다.다시 말해서 산화는 분자, 원자 또는 이온이 산소를 얻거나 수소 또는 전자를 '잃는' 것을 말한다.환원은 분자, 원자 또는 이온이 산소를 잃거나 수소 또는 전자를 '얻는' 것을 말한다.많은 유기 화학에서의 반응은 산화 상태의 변화로 인한 산화 환원 반응이지만 뚜렷한 전자 이동이 없다. 예를 들어, 산소 분자로 나무를 연소시키는 동안 나무에 있는 탄소 원자의 산화 상태는 증가하고 산소 원자의 산화 상태는 이산화탄소와 물이 형성됨에 따라 감소한다. 산소 원자는 환원되어 전자를 얻고 탄소 원자는 산화되어 전자를 잃는다. 따라서 이 반응에서 산소는 산화제이고 탄소는 환원제이다.산화 반응은 일반적으로 산소 분자로부터 산화물의 형성과 관련이 있지만 다른 화학종이 동일한 기능을 할 수 있기 때문에 이러한 반응에 산소가 반드시 포함되는 것은 아니다.산화·환원 반응은 녹 형성에서와 같이 상대적으로 느리게 또는 연료 연소의 경우에서와 같이 훨씬 더 빠르게 발생할 수 있다. 탄소를 산화시켜 이산화탄소(CO2)를 생성하거나 탄소를 수소에 의해 환원시켜 메탄(CH4)을 생성하는 것과 같은 간단한 산화·환원 과정과 인체에서 포도당(C6H12O6)의 산화와 같은 복잡한 과정이 있다. 물의 결합 에너지와 이온화 에너지 분석을 통해 산화·환원 전위를 계산할 수 있다.2. 산화제와 환원제산화 환원 과정에서 환원제는 전자를 산화제로 전달한다. 따라서 반응에서 환원제는 전자를 잃고 산화되고, 산화제는 전자를 얻고 환원된다. 특정 반응에 관여하는 한 쌍의 산화제와 환원제를 산화 환원 쌍이라고 한다.1) 산화제다른 물질을 산화시킬 수 있는 물질을 산화제라 한다. 산화제는 다른 물질로부터 전자를 빼앗아 산화시키고 자신은 환원되는 물질이다. 산화제는 전자를 "수용"하기 때문에 전자수용체라고도 한다. 산소는 대표적인 산화제이다.2) 환원제다른 물질을 환원시킬 수 있는 물질을 환원제라 한다. 환원제는 전자를 다른 물질로 이동시켜 환원시키고 자신은 산화되는 물질이다. 환원제는 전자를 주기 때문에 전자공여체라고도 한다.3. 산화수산화수는 산화 환원 반응에서 전자의 흐름을 확인하기 위하여 사용하는 하나의 방법으로 산화수는 하나의 물질(분자, 이온 화합물, 홑원소 물질 등) 내에서 전자의 교환이 완전히 일어났다고 가정하였을 때 물질을 이루는 특정 원자가 갖게 되는 전하수를 말하며 산화 상태라고도 한다. 어떤 물질에서 원소의 산화정도를 나타내는 가상적인 전하량이므로 반드시 이온전하를 의미하지는 않는다.산화수를 표현할 때에는 몇몇 경우를 제외하고는 보통 정수로 표현한다.원자에서 화학 변화를 통해 산화수의 증가가 이루어질 경우에는 산화라고 칭하며, 그 반대로 산화수가 감소될 경우에는 환원이라고 이야기 한다. 즉 반응물과 생성물을 이루는 원소들이 반응 후 산화수가 증가하면 그 원소는 산화된 것이며, 산화수가 반응 후 감소하면 그 원소는 환원된 것이다. 형식적으로 전하가 끌려갔다는 것을 표현한다.원자의 산화수는 진짜 원자의 전하를 나타나지 않는다. 말 그대로 형식상일 뿐이다. 이것은 높은 산화수에서도 특별히 성립한다. 또한 원소의 산화수는 전기음성도에 따라 달라진다. 그래서 원소의 산화수는 형식상이다.산화수의 가장 큰 장점은 임의의 화학 반응이 산화-환원 반응인지 아닌지 쉽게 확인할 수 있다는 점이며 이는 화학 반응의 반응물과 생성물을 이루는 원소들의 산화수 변화를 통해 확인이 가능하다. 즉, 산화수가 반응 후 증가하면 그 원소는 산화된 것이며, 산화수가 반응 후 감소하면 그 원소는 환원된 것이다. 예를 들어 금속 아연(Zn)과 황산구리(II)(CuSO4) 용액의 반응에서 반응식은 다음과 같다.위의 반응에서 Zn의 산화수는 0에서 +2로 증가하였으므로 Zn은 산화되었으며, Cu의 산화수는 +2에서 0으로 감소하였으므로 Cu는 환원되었다. 또한 산화수의 변화가 있으므로 위의 반응은 산화-환원 반응임을 알 수 있다.4. 전기음성도전기 음성도란 원자나 분자가 화학 결합을 할 때 다른 전자를 끌어들이는 능력의 척도이다. 즉, 공유하고 있는 전자쌍을 끌어들이는 성질을 말한다.산화 환원 반응에서 전기 음성도가 클수록 산화력이 크다.5. 산화ㆍ환원 전위산화ㆍ환원 전위는 ORP라고도 한다. 어떤 물질이 전자를 잃고 산화되거나 또는 전자를 받고 환원되려는 경향의 강도를 나타내는 것으로, 이것을 알면 어떤 화학반응의 내용을 예측할 수 있다. 산화환원전위의 측정은 산화 환원 가역 평형상태에 있는 수용액에 부반응성 전극을 주입시켜서 발생하는 전위를 측정하는 것이다.즉 산화체와 환원체가 존재하는 용액(예를 들면, 철(Ⅲ)이온 Fe3+＋과 철(Ⅱ)이온 Fe2+ 또는 산소와 물 등) 속에, 그 용액에 침식되지 않는 전극(백금 등)을 담갔을 때, 그 전극과 용액 사이에 생기는 전위를 말한다. 실제로는 그대로 측정할 수 없으므로 또 하나의 전극인 표준 수소전극을 넣어, 두 전극의 전위차를 재어서 구한다.E=E _{0} - {RT} over {nF} log`e {a _{0}} over {a _{r}}이때 R을 기체상수, T를 절대온도, n을 전자수, F를 패러데이상수, ar와 a0을 각각 환원체와 산화체의 활성도라고 하면, 산화환원전위 E는 0이 되어, E=E0이 된다. 이 값, 즉 E0을 표준 산화환원전위라고 하는데, 온도가 결정되면 일정한 값을 취하며, 이것이 강할수록 이 계는 강한 산화제가 된다.한편, 산화체 ·환원체 중 한쪽이 홑원소 물질일 때는 전극전위라고 하고, 이것을 차례로 배열해놓은 것을 전기 화학렬이라고 한다. 전기 화학렬의 경우에는 전위가 높은 계의 금속원소일수록 이온화 경향이 강하다.6.철의 부식철(Fe)은 공기 중의 산소와 반응하여 산화철(Fe₂O₃)이 되는 경우 철은 전자를 내어줌으로써 산소를 환원시키고 자신은 산화된다. 부식은 금속 표면에서 주위 물질과의 화학 반응으로 표면에서 변화가 일어나는 현상을 말한다. 철의 산화 과정은 다음과 같다.Fe(s) -> Fe2+(aq)+2e-E _{0}=0.44V철이 내놓는 전자들은 같은 금속 표면에 존재하는 산소(음극)를 물로 환원시킨다.O2(g)+4H+(aq)+4e- -> 2H2O(l)E _{0}=1.23V전체 산화-환원 반응은 다음과 같다.2Fe(s)+O2(g)+4H+(aq) -> 2Fe2+(aq)+2H2O(l)표준 환원 전위 자료로부터 이 과정에 대한 표준 기전력을 계산하면 다음과 같다.E _{0}= 0.44V + 1.23V = 1.67V이 반응은 산성 매체에서 일어나며, H+이온은 대기 중의 이산화탄소와 물이 반응하여 생성된 H2CO3로부터 제공된다.양극에서 생성한 Fe2+이온은 산소에 의하여 한 단계 더 산화된다.4Fe2+(aq)+O2(g)+(4+2x)H2O(l) -> 2Fe2O3xH2O(s)+8H+(aq)수화된 산화철(III)을 녹이라고 한다. 산화철과 결합한 물의 양은 변하므로 Fe2O3ㆍxH2O의 형태로 표시한다.그림은 철이 녹스는 과정을 나타낸 것이다.7. 녹 제거철의 녹은 염기성 산화물이기 때문에 산 처리를 통해 제거할 수 있다. 녹을 염산, 환산, 질산으로 처리하면 다음 반응처럼 가용성 염이 형성되므로 쉽게 제거할 수 있다.2Fe2O3xH2O(s)+6H+(Aq)+6Cl-(aq) -> 2Fe3+(aq)+6Cl-(aq)+(3+x)H2O(l)그러나 강산은 녹뿐만 아니라 녹과 함께 존재하는 철제 구조물까지 산화시킨다. 따라서 강산은 녹만 제거하기 위한 시약으로 사용하기에는 적합하지 않다. 철의 녹만을 제거하기 위하여 아세트산(CH3COOH), 옥살산(H2C2O4) 등 약한 유기산을 사용한다. 옥살산은 다음 반응으로 녹을 철의 가용성 착화합물로 바꾸며,2Fe2O3xH2O(s)+6H2C2O4(aq) -> 2[Fe(C2O4)3]3-(aq)+6H+(aq)+(3+x)H2O(l)이 과정에서 불용성인 무색의 Fe2C2O4가 형성되어 물질의 표면에 부착되어 잔류할 수도 있다.III. 실험1.실험 기구 및 시약녹슨 금속 못 3개, 스펀지 또는 수세미 1개, 작은 천(2cmX2cm) 3개, 1.0 M 염산용액, 1.0 M 아세트산 용액, 1.0 M 옥살산 용액, 50 mL 비커 3개, 시험관 3개2. 실험 방법실험 1. 금속 못 표면의 녹 제거1) 녹슨 철제 못 3개를 준비하여 주방세제(중성)로 세척한 후, 증류수로 헹궈준다.2) 각각의 못을 1.0 M 염산용액, 1.0 M 아세트산 용액, 1.0 M 옥살산용액이 든 시험관에 30분간 담가둔다. 이 때 못은 2/3 정도가 잠기도록 용액량을 조정한다.3) 증류수로 세척하고 물기를 제거한다.실험 2. 천의 녹 제거4) 녹슨 못을 천으로 한 번 닦은 녹물이 든 천을 1.0 M 염산용액, 1.0 M 아세트산 용액, 1.0 M 옥살산 용액이 든 50 mL 비커에 30분간 담가둔다.5) 증류수로 세척하고 물기를 제거한다.실험 1실험 2V. 결과 및 고찰1. 실험결과1.0 M 염산 용액1.0 M 아세트산 용액1.0 M 옥살산 용액결과 사진녹슨 못녹이 제거되고 못의 표면이 매끈해짐. 용액이 닿은 부분과 그렇지 않은 부분의 차이가 극명함.세 용액 중에 가장 녹이 제거 되지 않았고, 용액에 넣기 전과 후, 차이가 거의 없다.원래 녹이 가장 없었지만 염산보다 깨끗하게 녹이 제거됨.녹이 묻은 천녹이 조금 제거되었음.녹이 가장 적게 제거되었음.녹이 가장 많이 제거되었음.(1) 용액에서 꺼낸 상태

자연과학| 2022.08.24| 10페이지| 1,000원| 조회(708)

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엔탈피와 헤스의 법칙, 화학실험 A+ 결과레포트

개별보고서화 학 실 험 1(주제 : 반응엔탈피와 헤스의 법칙)소 속 :분반 /조 :학 번 :성 명 :실 험 일 : 2022년 04월 11일제 출 일 : 2020년 05월 09일목 차1. 실험목적12. 이론2.1 계와 주위 --------------------------------------------------------- 12.2 내부에너지 -------------------------------------------------------- 12.3 엔탈피 ------------------------------------------------------------- 12.4 헤스의 법칙 ------------------------------------------------------- 22.5 열량계 ------------------------------------------------------------- 33. 실험3.1 기구 및 시약33.2 실험방법34. 결과 및 고찰4.1 data sheet54.2 실험결과74.3 고찰75. 참고문헌91. 실험목적본실험에서는 고체 수산화 나트륨과 염산의 중화반응을 한 단계 및 두 단계로 일으켜서 각 단계에 대한 반응열을 측정하고 Hess의 법칙을 확인한다.2. 이 론2.1 계(system)와 주위(surroundings)먼저 system 즉 ‘계’란 우리가 관심이 있는 우주의 한 부분을 의미한다. 이 계를 제외한 나머지 우주를 surrounding, 즉 ‘주위’라고 한다. 계가 성립하기 위해선 일정량의 물질, 공간을 포함해야 하며, 구성 요소가 여러 개라면 이들 사이 연관성이 있어야 한다. 예를 들어 화학 반응에서 계는 반응물과 생성물을 의미하며, 주위는 반응 용기, 주변 공기, 공간 등 계를 제외한 모든 것이라고 할 수 있다.2.2 내부에너지내부에너지는 계를 구성하는 모든 물질들의 운동에너지와 퍼텐셜에너지를 더한 값이다. 에너지이기에 값을 쉽게 측정할 수 있다고 생각하지만, 내부에너지는 에너지의 절대적 수치를 측정할 수 없으며, 계의 에너지 변화에 따른 변화량에 대해서만 논의 가능하다. 반응 후의 에너지를E _{f}, 반응 전의 에너지를E _{i}이라고 할때, 에너지 변화량은 다음과 같다DELTA E`=`E _{f} `-E _{i}에너지의 변화량을 구할 때 숫자, 단위, 그리고 부호를 이용한다. 숫자와 단위는 단순히 에너지 변화량의 절대적인 크기에 대해 논할 때만 사용한다. 하지만 부호는 에너지가 어떠한 방향으로 이동했는지 보여준다. 만약DELTA E``>`0 이라면 에너지가 주위에서 계로 유입되었음을 의미하며 이러한 반응을 흡열반응이라고 한다. 반면DELTA E`

자연과학| 2022.06.29| 9페이지| 1,500원| 조회(557)

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고분자의 구조 용도 성질

고분자의 구조, 용도, 성질에 대해서고분자의 개요고분자 화합물의 합성은 오래전인 19세기에까지 거슬러 올라가지만, 20세기 초반기까지의 셀룰로오스·고무 등의 천연고분자에 관한 수많은 연구를 모체로 하여 1930년경 슈타우딩거에 의하여 처음으로 사슬 모양 고분자의 개념이 명확히 제출된 이래, 고분자화학은 물리 화학적 방법까지 받아들여 눈부신 발전을 하기에 이르렀다. 특히 40년 이후의 발전은 경이적이며, 현재도 이루 헤아릴 수 없는 새로운 고분자 화합물들이 합성되고 있으며 새로운 합성 방법이 연구되고, 또 이들의 특성이 연구되고 있다. 학문적으로는 현재 화학 분야 중 가장 중요한 분야의 하나로 되어 있으며, 콜로이드화학·생화학·물리화학 등 이것이 관계되는 학문 분야도 넓다. 고분자 화합물은 분자가 거대하기 때문에 기체로서 존재하지 않으며, 고체 또는 액체로만 존재한다. 기계적 강도가 크며 또 가열하면 고무 모양 탄성체가 되기도 하고, 어떤 용매에 녹으면 팽윤하든지 점착성을 띠는 용액이나 콜로이드 용액이 되기도 한다. 이상과 같이 저분자화합물에서는 볼 수 없는 특이한 거동을 나타내는 특징을 가지고 있기 때문에 이 학문은 광범한 영역에 이르며, 대상 분야나 방법 등에 따라 고분자화학과 고분자물리학으로 나누어진다.고분자란 무엇인가?고분자(macromolecule)는 분자량이 1만 이상인 큰 분자를 말한다.100개 이상의 원자로 구성되어 있다. 대개 중합체이다.-물질의 성질1. 분자량이 일정하지 않아 녹는점과 끓는점이 일정하지 않다.2. 액체 또는 고체로 존재한다.3. 반응을 잘 하지 않아 안정적이다.고분자 화합물1. 고분자 화합물의 특징1) 분자량이 10000 이상인 거대분자로 대부분 고체이다.2) 분자량이 일정치 않아 녹는점이 일정하지 않으며 가열하면 끓기 전에 분해됨.3) 용매에 녹기 어렵고 녹아도 콜로이드 용액이 되고 점도가 강하다.2. 고분자 화합물의 분류고분자 화합물에는 탄소 이외의 원소로 되어 있는 무기계 고분자와 탄소를 포함한 유기계 고분자가 있다. 또, 고분자 화합물은 천연산 운모·면·양모·마와 같은 천연고분자화합물(여기에는 생체고분자가 포함된다)과 인공적으로 합성되는 나일론이나 폴리염화비닐과 같은 합성고분자화합물로 분류된다.1) 천연고분자 : 단백질, 셀룰로오스 등 생물체의 구성물질2) 합성고분자 : 폴리에틸렌. 나일론, 페놀수지 등 주로 석유화학 산물3. 고분자 화합물의 합성반응공유결합 물질인 단위체를 중합반응에 의하여 고분자인 중합체를 합성한다.1) 첨가중합 - 단위체 내에 불포화 결합이 끊어지며 중합에틸렌 폴리에틸렌2) 축합중합(축중합)단위체 분자에 작용기가 있을 때, 작용기 2개가 반응하여 H2O, HCl 등의 간단 한 분자가 빠져나오면서 중합체를 이룸* 단위체 : 고분자 물질을 만드는 기본단위, 단위체에는 중합을 위해 분자내 이중결 합을 이루거나 2개 이상의 작용기가 있어야 한다.* 중합도 : 단위체 n개가 첨가중합을 하여 중합체를 만들 때 이 n 값을중합도라 하며, 중합도가 클수록 분자량이 큰 고분자 물질이 된다.합성고분자 화합물1. 합성수지1) 열가소성 수지가열하면 부드러워지며 유동성을 가지고 식으면 다시 굳어진다.주로 이중결합이 끊어지며 첨가중합을 이루는 사슬 모양의 구조를 가진 고분자 화합물로 적당한 용매에 녹일 수 있다.예) 폴리에틸렌 PVC, PVA, 아크릴수지 등2) 열경화성 수지한번 굳어지면 가열해도 연해지거나 녹지 않는다, 삼차원적 그물 모양을 가진 고 분자 화합물로, 수지 그대로는 용매에 녹일 수 없다.열경화성 수지는 축중합 반응으로 만들어지며 펩티드 결합, 에스테르 결합, 메틸 렌 결합을 한 것이 많다.3) 이온교환수지중합체 중에 -SO3H나 -COOH와 같은 산성기는 Na+와 같은 금속이온과 교환되는 양이온 교환수지이며,-NH2나 -NH3OH 등의 염기성은 수용액 중의 음이온과 교환되는 음이온 교환수지이다.천연 고분자 화합물1. 탄수화물1) 단당류a) 당류 가운데 가장 간단한 물질로 그 이상 가수분해되지 않는 당을 단당류 (C6H12O6)라고 한다.b) 수용액은 환원성이 있으므로 페엘링 반응과 은거울 반응을 한다.c) 효소에 의해 알코올 발효를 한다.2) 이당류묽은 산 또는 효소 작용에 의하여 가수분해되어 두 분자의 단당류가 생긴다.3) 녹말(C6H10O5)na) 포도당이 축합 중합하여 생긴 고분자 물질b) 단맛도 없고, 환원력도 없다.c) 산에 의해 가수분해되어 α-포도당이 된다.n (C6H10O5) + n H2O → n C6H12O6d) 녹말검출 요오드 녹말반응(보라색)을 한다.e) 아밀라아제에 의해 텍스트린을 거쳐 맥아당으로 된다.2(C6H10O5)n + n H2O → n C12H22O114) 셀룰로오스(Cellulose)a) 식물의 세포막의 주성분을 만드는 단당류로써 종이, 펄프의 주성분이다.b) 물에 녹지 않으며, 가수분해 반응도 쉽게 일어나지 않는다.c) 산에 의해 가수분해되어 이당류인 셀로비오스를 거쳐 β-포도당으로 분해된다.2. 단백질1) 단백질의 구조다수의 아미노산이 축합중합 되어 생긴 물질이며 아미노산의 -COOH기와 다른 아미노산의 -NH2기가 축합반응으로 펩티드 결합(-CONH-)을 한다.2) 단백질의 성질a) 가수분해하면 아미노산이 된다.b) 수용액에 전해질을 넣으면 염석된다.c) 산. 염기 및 중금속 이온에 의하여 번성이 된다.d) 열에 의해 응고된다.3) 단백질의 검출반응a) 뷰렛반응단백질 수용액에 수산화나트륨 용액을 가하고 황산구리 용액을 넣고 가 열하면 붉은 보라색이 된다.고분자의 성질고분자 화합물은 저분자화합물에서 볼 수 없는 다음과 같은 특성을 나타낸다.1. 고분자 화합물은 분자가 거대하므로 분자 간의 힘이 강하여 고체 또는 액체 상태로만 존재하고, 저분자화합물과 같이 기체 상태로는 존재하지 않는다. 또한, 이 힘으로 인하여 고분자 고체는 일반적으로 기계적 성질이 강하다. 고분자 중에는 섬유·필름·피막을 형성하는 것이 있으며, 고분자 물질의 실용성은 그 기계적 강도에 의한 경우가 많다.

자연과학| 2022.05.01| 5페이지| 1,500원| 조회(220)

고분자, 고분자 화학, 고분자의 구조 용도 성질

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선조들의 과학기술

우리 선조들의 과학기술 발명품(I). 석빙고i) 과학적 원리1. 굴뚝- 공기의 밀도차 이용여름의 경우, 외부에서 들어온 더운 공기는 내부의 시원한 공기보다 가벼워 들어오자마자 위로 뜬다. 이 위쪽에 자리한 더운 공기는 굴뚝을 통해 외부로 배출되어 내부에는 시원한 공기가 남는다.겨울의 경우에도 마찬가지로, 외부에서 들어온 상대적으로 찬 공기가 내부의 더운 공기를 밀어내면서 석빙고의 하단부를 차지한다. 위쪽으로 밀린 더운 공기는 굴뚝을 통해 배출된다.2. 지면보다 낮게 파낸 구조- 더운 공기가 위쪽으로 밀려 굴뚝을 통해 빠져나간다면 위쪽에 쌓여 있는 얼음들은 녹아내릴 것이다. 이를 방지하기 위해 석빙고의 내부의 바닥을 지면보다 낮게 파내어 얼음을 보관했다. 외부의 더운 공기가 얼음에 닿지 않고 외부로 빠져나가도록 설계한 것이다.3. 요철구조의 아치- 석빙고의 천장의 구조물은 아치형의 화강암이다. 하지만 아치형 구조로 완전히 덮혀있는 것이 아니고 1~2m 간격을 두고 4개 또는 5개의 아치형으로 이루어져있다. 이는 더운 공기를 위쪽에 더 잘 가두어놓는 역할을 한다.4. 배수로- 얼음에 치명적인 것 중의 하나는 바로 물이다. 석빙고 내부의 온도가 0°C 밑으로 내려가는 경우가 많지 않기 때문에 얼음은 조금씩 녹을 수밖에 없다. 얼음이 녹아 생긴 물을 빨리 제거해주는 배수로를 설치한 것도 얼음 보관의 비결 중 하나이다.ii) 현존하는 제품과 차이점냉장고석빙고전기에너지로 운영 (동력)사람들의 힘으로 운영 (동력)음식물과 재료들을 주로 보관 얼음도 만듬 (용도)얼음만 보관 (용도)하나의 물체로 전체가 같은 층에 놓여 있으며 주로 건물의 안에 위치 (위치)강이나 개울 근처에 반은 땅 밑에 반은 땅 위에 만듬. (위치)직사각형 (형태)아치형 (형태)iii) 석빙고 제조 방법1. 땅을 파서 벽을 만든다.2. 다시 모래와 흙으로 가득 메운다.3. 아치형 천장을 만들기 위해 둥근 산처럼 쌓은 모래더미 위로 돌을 놓고 자리를 잡는다.(이때 돌이 맞물리게 할 수 있기 위해서 자연석에 약간의 손을 대서 윗부분과 아랫부분의 넓이 차이가 약 5cm정도 나도록 깎아낸다.)4. 채웠던 모래를 파낸다.5. 바닥을 구성하는데 양쪽 벽면 쪽은 약간 높게, 가운데 부분은 살짝 낮게 한다.(얼음이 녹더라도 벽쪽으로 물이 닿지 않도록 형태를 잡는다.)6. 아치형 천장위로 둘러가며 장대석을 놓는다.7. 장대석 위로 흙을 덮고 잔디를 심는다.(II). 석굴암i) 과학적 원리1. 통풍적 원리- 차가운 지하수를 끌어와 바닥 밑을 흐르게 해 굴 안의 온도를 조절하는 방법으로 벽면에 이슬이 맺히는 현상을 방지, 벽면의 틈새를 통해 통풍, 지붕 외벽의 자갈층이 습하고 더운 기체를 흡수하여 자갈층에 응축시켰다.2. 구조적 원리- 우리나라의 바위는 대부분 화강암으로 석굴을 파면 위쪽 흙의 누르는 힘으로 무너질 수 있기 때문에 아치형 구조로 누르는 힘을 분산시켰다.3. 기하학적 원리- 머리, 가슴, 어깨, 다리 비율이 1:2:3:4로 인체에서 가장 아름다움과 안정감을 주는 비율이다. 또한 동양건축의 절대 비율인 1:sqrt {2} 금강비를 이용했다.ii) 현존하는 제품과 차이점에어컨석굴암전기에너지로 작동 (동력)자연적 원리로 운영 (동력)냉방, 난방, 제습 (기능)제습 (기능)플라스틱 (주 재료)화강암 (주 재료)직사각형 (형태)동굴형 (형태)iii) 불심과 효심으로 석굴암을 지은 김대성김대성은 모량리란 마을에서 태어나 홀어머니와 밭을 일구며 가난하게 살고 있었다. 그러던 어느 날, 밭을 보시하면 그 만 배를 얻는다는 스님의 말에 밭을 바쳤는데, 밭을 바친 그날 김대성은 갑자기 죽었다. 그런데 그 다음 날 재상 김문량의 집에 하늘에서“내일 모량리에 살던 김대성이 너희 집에 태어날 것이다.”라는 말이 들렸고, 10달 후에 김문량의 아내가 사내를 낳았는데, 손에 대성이란 글자가 새겨진 작은 목판이 쥐어져 있었다. 그것을 예사롭지 않게 여긴 김문량은 전생에 김대성의 어머니를 자기 집에 데려와 같이 살게 하였다. 어느덧 김대성은 청년이 되어 사냥을 하던 중 곰을 잡았는데, 그날 밤 꿈에 그 곰이 나타나 절을 지어 달라고 부탁했고 김대성은 그 꿈을 기이하게 생각하여 살생을 중지하고 곰을 위해 절을 지었다. 그 후 김대성은 재능을 인정받아 재상이 되었고, 751년 경덕왕의 명령으로 토함산에 불국사와 석굴암을 짓게 되었는데, 불국사는 현생의 부모님을 위해, 석굴암은 전생의 부모님을 위해 지었다고 한다.

자연과학| 2022.05.01| 3페이지| 1,000원| 조회(273)

과학기술, 과학기술 발표자료 선조, 선조들의 과학기술

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