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[공학화학실험] 비누 만들기 (예비)

1. 실험날짜 및 제목2017년 12월 4일 (월), 비누 만들기2. 실험 목적동물성과 식물성 기름을 이용해서 비누를 만든다.3. 원리1) 계면 활성제 (surfactant)계면 활성제 분자는 하나의 분자 안에 물을 좋아하는 부분 (친수성)과 물을 싫어하는 부분 (소수성)을 동시에 지니고 있다. 친수성 부분은 기름을 싫어하고, 소수성 부분은 기름을 좋아하는 특성을 지닌다. 소수성 부분은 탄소 원자가 여러 개 연결된 구조이며, 비극성이다. 친수성 부분은 극성이다. 일반적으로 극성 부분의 크기는 비극성 부분의 크기에 비해서 작은 편이다. 따라서 편의상 극성 부분은 머리라고 부르며, 비극성 부분은 꼬리라고 부른다.2) 비누화 (saponification)에스터화의 역반응으로 에스터가 가수분해를 일으켜 카복실산과 알코올을 생성하는 반응이다. 촉진제로 산 또는 알칼리를 첨가하며 알칼리를 첨가하는 편이 효과가 크다.3) 비누화 값 (saponification value)유지 또는 밀랍 1g을 비누화 시키는 데 필요한 수산화칼륨의 mg 수이다. 에스터 값, 산화값 등과 함께 쓰이며 지방산의 성질, 비누화되지 않는 물질의 양을 추정하는데 쓰인다.4) 염석 효과 (salting-out effect)다량의 전해질에 의해 수용액에 분산되어 있는 콜로이드 입자가 엉기는 현상이다. 전해질이 물속에서 이온화할 때 전해질의 이온보다 극성이 작은 분자들이 엉기는 것이다. 특히 친수성의 콜로이드가 분산되어 있을 경우에는 다량의 전해질을 가해야 염석이 일어난다.5) 극성 (polarity)분자 또는 화학 결합에서 전하분포가 불균일할 때, 즉 분자 내에서 양전하와 음전하의 무게 중심이 일치하지 않는 것을 극성이라고 하고, 극성을 가지지 않는 것을 무극성이라 한다.6) 소수성 (hydrophobic)물 분자에 대한 친화력이 없거나 거의 없는 분자 및 표면이 물에 녹지 않거나 그 표면에서 물을 밀어내는 성질을 말한다.7) 친수성 (hydrophilic)어떤 물질의 성질이 물과 강하게 상호작용을 하고 강한 친화력을 가지고 있으면서, 물에 잘 용해되는 물질을 말한다. 친수성이 큰 분자는 물과 같은 극성 용매에 녹는 성질이 크다.8) 유화제 (emulsifier)서로 혼합하지 않는 2종의 액체 (보통 물과 이것과 섞이지 않는 기름 등의 유기 액체)가 안정된 에멀젼을 만들기 위해서는 일반적으로 제 3의 물질을 가할 필요가 있고, 이 물질을 유화제라 한다. 유화제로서 유효한 것은 보통 분자 내에 친수기와 친유기의 양쪽을 함유하고 따라서 물과 기름의 경계면에 흡착층을 만들기 쉬운, 소위 표면 활성인 물질이다.9) 비누 (detergent)넓은 뜻으로는 포화 및 불포화 고급 지방산, 토르유 지방산, 수지산, 나프텐산 등의 금속염을 통틀어 이르는 말이다. 좁은 뜻으로는 주로 세정에 사용되는 고급 지방산의 수용성 알칼리 금속염이다.10) 분산제큰 입자와 응집한 입자를 분쇄하여 보다 작은 입자와 콜로이드 입자로 만들 때 생성된 미소 입자의 응집을 방지하기 위해 가하는 물질을 일컫는다.11) 센 물 (hard water)칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 많이 포함한 물로 미끄러우며 비누가 잘 풀리지 않는다. 끓였을 때 단물로 바뀌는 물을 일시적 센물, 끓여도 단물로 바뀌지 않는 물을 영구적 센물이라고 한다.4. 실험기구 및 시약1) 100ml 비커2) 눈금실린더3) 시험관4) 가열판5) 젓게1) 유지 (fats and fatty oils)2) 올리브유 (olive oil)3) 1-도테킨올 (C12H25OH)4) 포화 NaOH5) 6M NaOH6) 진한 황산7) 소금8) 에탄올9) 페놀프탈레인5. 실험방법

공학/기술| 2020.09.01| 3페이지| 1,000원| 조회(305)

센물, 일반화학실험, 실험, 비누, 화학실험, 가수분해, 공학화학실험, 비누 만들기

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[공학화학실험] 무기 안료의 합성 (예비)

1. 실험날짜 및 제목2017년 10월 23일 (월), 무기 안료의 합성2. 실험 목적안료로 사용되는 무기 화합물을 합성하여 그 특성과 응용에 대하여 알아본다.3. 원리1) 무기 안료 (inorganic pigment)광물성 안료라고도 한다. 천연 광물 그대로 만드는 것, 천연광물을 가공, 분쇄하여 만드는 것, 아연, 타이타늄, 납, 철, 구리, 크로뮴 등의 금속 화합물을 원료로 하여 만드는 것이 있다. 유기 안료에 비해 일반적으로 불투명하고, 농도도 불충분하지만, 내광성과 내열성이 좋고 유기 용제에 녹지 않는다. 또 가격이 저렴하고 사용량이 많다. 도료, 인쇄잉크, 회화용 크레용, 고무, 통신기계, 요업제품, 합성수지 등 그 용도가 넓다.2) 색 (color)가시광선의 명암과 분광 조성에 대한 시 감각 또는 색 감각, 색 감각을 일으키는 빛 또는 색 자극, 색 자극을 일으키는 물체의 특성, 색 감각은 심리적인 것이며, 색 자극과의 대응에는 개인차가 있으나, 표준 관측자의 대응을 규정함으로써 공통적인 심 물리적 표시를 정할 수 있다. 심리적인 색 감각에는 명암 (측 광적 성질)에 대응하는 밝기와, 분광 조성 (측 색성 성질)에 대응하는 감각색도가 있으며 후자는 색의 종류, 즉 색상과 선명도 (깊이) 즉 채도로 나뉜다.3) 카세인 (casein)우유 속에 약 3% 함유되어 있으면서, 우유에 함유된 전 단백질의 약 80%를 차지한다. 카세인의 화학 조성은 아미노산 외에 1%의 인과 1%의 당을 함유하고 있다. 건락소라고도 한다. 우유에 산을 가해서 pH 4.6으로 하면 등전점에 도달하여 침전하므로, 쉽게 조제할 수 있다.4) 결합제 (binder)제약, 촉매 등의 분야에서 분말을 성형할 때 시료에 탄력성과 점착성을 부여하여 제품의 강도를 증가하기 위해 첨가하는 물질이다. 또 요업 분야에서는 시료를 소결, 또는 성형할 때에 제품의 강도를 증가하기 위해 첨가하는 물질을 지칭한다. 소결의 경우는 약간 연화점이 낮은 원료를 결합제로 한다. 점토류, 석회, 규산 나트륨 등이 사용되는 일이 많다.5) 착화합물 (complex compound)착화합물은 중심 금속 이온에 리간드가 결합하여 이룬 착이온이 반드시 있는데, 전형금속 원소나 전이금속 원소나 모두 착이온을 만들 수 있다. 착화합물 중 관심의 대상이 되는 것은 전형금속 원소의 화합물 보다는 전이금속 원소가 만든 착화합물이다. 전이금속 원소가 만든 착화합물은 제각기 독특한 색을 나타낼 뿐만 아니라 흔히 자성이 있으며, 촉매나 체내의 중금속을 제거하기 위해 사용하는 등 매우 요긴하게 쓰인다. 착화합물을 이루고 있는 착이온이 전이금속인 경우 독특한 색을 나타내는 데, 이것은 그 이온이 흡수하는 빛의 파장이 가시광선 영역이기 때문이다. 그리고 흡수하는 빛의 파장은 중심 금속이 같을지라도 리간드에 따라 달라진다. 착화합물 중 킬레이트는, 중심 금속 이온과 2개 이상의 결합을 할 수 있는 리간드가 결합된 착이온이 있는 물질을 말한다.4. 실험기구 및 시약1) 100ml, 400ml 비커2) 거름종이3) 깔대기4) 가열판5) 막자 사발6) 증발 접시7) 유리 막대8) 우유9) 식초1) 산화철 (Fe2O3)2) 사산화 삼납 (Pb3O4)3) 황화 수은 (HgS)4) 크롬산 납 (PbCrO4)5) 크롬산 아연 (ZnCrO4)6) 산화 크롬 (Cr2O3)7) 수산화 산화 크롬 (Cr2O(OH)4)8) 염기성 초산구리 (Cu(C2H3O2)-2Cu(OH)2)9) 코발트 크롬 그린 (Cr2O3-Al2O3-CoO)10) 황화 카드뮴-황화아연 (CdS-ZnS)11) 감청 (Fe4[Fe(ON)6]3)12) 코발트 블루 (CoO-Al2O3)13) 군청 (Na8-10Al6Si6O24S2-4)14) 염화 칼슘 (CaCl2)15) 탄산 나트륨 (Na2CO3)16) 헥사사이아노철산 칼륨 (K4[Fe(CN)6])17) 염화 코발트 (CoCl2)18) 황산철산 암모늄-물(1/3) (NH4Fe(SO4)2-3H2O)19) 규산나트륨 (Na2SiO3)5. 실험방법실험 A. 안료 합성1) 2개의 시험관에 더운 물을 반 정도 채운 뒤 표 31-3의 A와 B를 각각 넣어서 녹인 후에 용액을 100mL 비커에 넣어 섞으면 침전이 만들어진다.2) 거름 종이로 침전을 걸러서 말린다.실험 B. 카세인 분리1) 400mL 비커에 우유 200mL와 식초 10~20mL를 함께 넣고 서서히 저어준다.2) 용액이 끓지 않을 정도로 서서히 가열하면 침전이 형성된다.

공학/기술| 2020.09.01| 3페이지| 1,000원| 조회(236)

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[공학화학실험] 아스피린의 합성 (결과)

1. 실험날짜 및 제목2017년 11월 27일 (월), 아스피린의 합성2. 실험 목적가장 성공적인 의약품의 하나인 아스피린을 합성하여 유기 합성의 의미를 배운다.3. 결과1) 아스피린의 합성-사용한 살리실산의 무게 : 2.5g-사용한 아세트산 무수물의 부피 : 3mL-사용한 아세트산 무수물의 무게 (밀도=1.08g/ml) : 3.24g-얻은 아스피린의 무게 : 1.931g-아스피린의 이론적 수득량 : 3.243g-수득률 (%) : 59.54%4. 고찰이번 실험에서는 시중에서 흔히 볼 수 있는 아스피린을 합성해보는 실험이었다. 아스피린이란 버드나무 껍질에서 추출한 사리실산을 가공한 것으로, 아세틸살리실산이라고도 한다. 실험을 통해 살리실산의 작용기는 산, 알코올 2개이며, 에스테르화 반응을 통해 아스피린을 합성할 수 있다는 것을 알게 되었다. 아스피린의 수득량을 구하기 위해서는 사용한 살리실산의 질량을 이용하여 몰 수를 구하고, 아세트산 무수물의 밀도를 이용하여 사용한 질량을 구한 다음 몰 수를 구한다. 에스터화 반응을 통하여 1:1의 반응을 하기 때문에 몰 수를 구한 살리실산과 아세트산 무수물을 통해 한계 반응물을 구한 후 한계 반응물의 몰 수 가 아스피린의 몰 수가 된다. 이 몰수로 이론상의 수득 양을 구해보니 3.243g이 나왔고, 얻은 아스피린의 양은 1.931g, 수득률은 59.54%가 나왔다.어려운 실험은 아니었지만 이론상의 수득량과 실제 수득량이 확연한 차이가 나서 수득률이 59%가 나왔다. 이론적 수득율을 100%라고 가정했을 때, 결과 값의 차이가 많이 나게 된다. 그 이유에 대해서 몇 가지 이유를 생각해 보았다. 우선 이론적 수득량을 구할 때, 살리실산이 모두 반응한다고 가정하여 계산 하였는데 계산 과정에서 오차가 발생하였을 것이다. 다음으로는 질량 측정에서의 오차를 고려해 보았다. 살리실산과 아세트산 무수물은 각각 2.5g 3ml를 측정하여 실험하는 과정에서 오차가 생겨 수득량에 영향을 끼친 것이라 생각해보았다. 또한 살리실산을 삼각 플라스크에 넣을 때, 완벽하게 삼각플라스크의 입구나 주변에 남기지 않고 넣는 것이 불가능 했고, 결국 일부가 삼각 플라스크의 벽면이나 입구에 남았다. 아세트산 무수물로 벽에 묻은 살리실산을 제거한 뒤에도 일부가 남아있음을 관찰 할 수 있었다. 그리고 또 감압과정에서 물을 완전히 거르지는 못하였을 것이므로, 소량의 물이 남아 있었을 것이다. 게다가 남아있는 결정을 걸러내기 위하여 사용하였던 소량의 물에 아스피린이 녹아 거름종이를 통과했을 가능성도 있다. 아세트산 증기가 사라지면 물중탕에서 꺼내어 차가운 물에 식혀 주었는데, 눈대중으로 하다 보니 무수물이 완전히 분해되었는지 정확히 알 수 없었다. 가장 의심이 되는 부분은 아스피린을 건조할 때, 20분가량을 자연 건조해야하는데, 제대로 건조시키지 못하여 물기가 남아 있었다. 수득한 아스피린을 완전히 건조하였다면 좀 더 이론에 가까운 수득량을 얻을 수 있었을 것이라고 생각하였다.그 뒤, 아스피린의 녹는점을 측정하는 실험은 진행하지 않았는데, 불순한 아스피린의 녹는점과 재결정을 통해 얻어진 좀 더 순수한 아스피린의 녹는점을 비교하면, 재결정을 통해 얻은 아스피린의 녹는점이 아세틸살리실산이 살리실산보다 분자량이 크기 때문에 녹는점이 더 높을 것이라고 예상해 보았다.

공학/기술| 2020.09.01| 2페이지| 1,000원| 조회(229)

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[공학화학실험] 화학 전지 (결과)

1. 실험날짜 및 제목2017년 11월 6일 (월), 화학 전지2. 실험 목적자발적 화학 반응으로 일어나는 전자 이동을 이용하여 전기 에너지를 얻는 전자의 원리를 알아보고, 몇 가지 금속이온의 전기화학적 서열을 확인한다.3. 결과실험 A. 전기화학적 서열1) 각 비커에서 관찰한 사항-아연판과 납판이 들어있는 비커 : 두 판 모두 검게 변함-구리판과 납판이 들어있는 비커 : 아무 변화 없음-구리판과 아연판이 들어있는 비커 : 아연판만 검게 변함2) 산화가 잘 되는 순서 : 아연-납-구리3) 환원이 잘 되는 순서 : 구리-납-아연4. 고찰이번 실험은 여러 금속의 이온화 경향을 알아보고 이를 통해 화학 전지의 원리인 산화-환원 반응에서 금속 이온 사이 전자 이동을 이해하는 과정이었다. 실험 A에서는 전기 화학적 서열을 통해 금속의 이온화 경향을 갈아보기 위해 2 개의 비커에 1.0M Cu(NO3)2 용액을 넣고, 사포로 깨끗하게 닦아 구리선을 연결한 아연판과 납판을 담그고, 같은 방식으로 1.0M Zn(NO3)2 용액에 구리판과 납판을 넣고, 1.0M Pb(NO3)2 용액에는 구리판과 아연판을 담그었다. 아연판과 납판이 들어있는 비커에서는 두 판의 표면이 모두 검은 색으로 변하였는데, 아연판이 납판보다 더 진하게 변하였고, 기포가 많이 발생하였다. 구리판과 납판이 들어있는 비커에서는 아무런 변화가 나타나지 않았고, 구리판과 아연판이 들어있는 비커에서는 아연판의 표면만 검은 색으로 변하였다. 이 때, 이와 같은 결과를 통하여 산화가 잘 되는 순서와 환원이 잘 되는 순서를 알아볼 수 있었다. 산화가 잘 된다는 것은 이온화가 되려는 경향이 강하다는 뜻이고, 만약 산화가 잘 되지 않는 금속이 수용액 속에 이온 상태로 있고, 그 수용액에 산화가 잘 되는 금속 고체를 넣는다면, 산화-환원 반응이 일어나 산화가 잘 되는 금속 고체는 산화되어 이온상태가 되고, 이온 상태로 있던 산화가 잘 되니 않는 금속은 환원되어 고체가 된다. 하지만, 반대로 산화가 잘 되는 금속이 수용액 속에 이온상태로 있고, 그 수용액에 산화가 잘 되지 않는 금속 고체를 넣으면, 아무런 반응도 일어나지 않게 된다. 이를 바탕으로 아연-납-구리 순으로 산화가 잘 되고, 구리-납-아연 순서로 환원이 잘 된다는 것을 알 수 있다. 실험 B에서는 이 반응을 이용해 화학전지를 만들어 보았다. 먼저 서로 다른 수용액이 들어있는 비커에 금속판을 넣고, 화학 전지 각각의 두 비커의 수용액 중에 녹아있는 이온들을 이동시켜주는 염다리를 연결하여야 한다. 염다리가 하는 역할이 궁금하여 조사해 보았다. 염다리는 두 전극 사이에 전하를 이온의 형태로 이동시켜 전하의 축적을 막고, 전기적 중성을 유지시켜 전기의 생산을 유지 시켜주는 역할을 한다고 한다. 그러나 염다리를 만드는 과정에서 U자관 안에 넣어준 우뭇가사리가 굳지 않아서 염다리를 제작하지 못하였다. 실험 B를 제대로 진행하지 못하였기 때문에 실험 B과 관련된 내용을 더 조사해 보았다. 이온화 경향이 아연-납-구리 순으로 작아짐을 생각해 볼 때, 이온화 경향의 차이가 큰 금속끼리 화학전지를 만들수록 그 화학 전지이 기전력이 커진다는 것을 알 수 있다. 기전력이란 단위 전하 당 한 일을 의미한다. 만약 전극을 담그는 용액의 농도를 바꾸면, 이온의 수가 증가하기 때문에 산화-환원 반응에 참여하는 이온이 증가하여 전압이 증가할 것이다. 그러나 반응이 일어나는 금속 표면의 넓이가 한정적이기 때문에 일정 농도 이상이 되면 더 이상 농도에 영향을 받지 않게 되지만, 이온의 수가 증가하였으므로 전지의 수명은 더 길어질 것이다. 또한 충분히 긴 시간이 지나면 이동 가능한 전자가 존재하지 않게 되고, 양쪽 전지의 전위가 같아질 것이므로 더 이상 전지로서의 기능이 사라지게 될 것이라고 생각했다. 화학전지 실험에서 오차가 발생할 수 있는데, 그 이유로 실험에서 사용한 질산염 용액의 농도가 조금씩 달라서 발생하거나, 실험에 사용한 금속의 이물질을 사포로 깨끗이 제거하지 않고 실험을 진행하였기 때문에 오차가 발생할 수 있을 것이라고 생각했다.

공학/기술| 2020.09.01| 2페이지| 1,000원| 조회(628)

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[공학화학실험] 전기 분해와 전기 도금 (결과)

1. 실험날짜 및 제목2017년 11월 13일 (월), 전기 분해와 전기 도금2. 실험 목적전기 에너지를 이용해서 일어나는 화학 반응에 대하여 알아본다.3. 결과1) 전기 분해 전의 구리판의 무게 : 3.56g전기 분해 후의 구리판의 무게 : 3.62g=석출된 구리의 무게 : 0.06g2) 전압과 전류의 변화-1분 : 3V 50mA-2~3분 : 2.5V 50mA-4~30분 : 2.5V 60mA-전하량 = 3*50 + 27*60 = 1770mC= 3*0.05 + 27*0.06 = 1.77C4. 고찰이번 실험은 전지에 탄소 전극, 구리 전극을 연결하여 전기에너지를 활용하여 전기분해와 전기 도금을 반응시키고 이 때 일어나는 반응을 관찰하고 석출된 구리 양과 이론상의 값을 비교해보는 실험이었다. 전기 분해란 한 쌍의 금속 또는 흑연 등의 막대나 판 모양 도체를 전국으로서 이온 전도체 속에 놓고 직류 전류를 접속하면 양이온을 음극으로, 음이온은 양극으로 이동하여 전극 표면에서 여러 화학 변화를 일으킨다. 즉, 전위가 높은 쪽 전극 (양극) 표면에서는 음이온이 방전하여 각종 물질을 생성하기도 하고, 양극인 금속 자체가 녹아서 그 금속의 양이온을 생성한다. 일반적으로 금속은 양이온으로, 음이온은 원자 또는 분자로 변화하므로 산화반응이다. 우리는 전지를 연결시켜줌으로써 외부에서 두 전극에서 만들어지는 전위차보다 더 큰 전위차의 전류를 흘려주어 환원력이 더 큰 물질은 오히려 환원되고, 산화력이 더 큰 물질은 산화되는 것을 확인해보려고 하였다. 전기 분해 때의 전기 양과 생성되는 물질 양과의 관계에 대해서는 패러데이의 법칙이 성립한다.전기량 (Q) = 전류의 세기 (I) * 시간 (t)전압은 일정하게 유지되고 시간에 따라 전류만이 변하는 것이 이번 실험이었고, 이 때 전류가 변하는 것은 저항의 값이 변화하여 발생하는 것이고, 전압이 이에 영향을 받지 않는 다는 것을 알 수 있었다. 구리 전극, 탄소 전극은 황산구리 수용액에 연결되어 있었고, 이온화 된 황산구리 수용액이 전해질의 역할을 하고 있었지만, 반응의 진행에 따라 구리전극으로 석출이 되어 이온화된 황산구리가 적어짐에 따라 저항이 상승하여 전류값이 줄어들게 되고 이러한 이유로 패러데이의 법칙에 따라 석출된 양이 전류에 따라 영향을 받는다는 이론이 성립된다고 추측해보았다. 다음으로, 오차의 원인에 대해 생각해보았다. 일단 구리, 탄소 전극을 사포로 닦아 깨끗하게 만드는데 이 과정이 충분치 않아 불순물이 섞여 실험에 영향을 미쳤을 수도 있다. 황산구리의 몰 농도도 정확하지 않았을 수 있다. 실험 내내 일정한 전압이 유지되어야 하지만 약간의 차이가 생긴 경우가 있었다. 그리고 이론적으로는 1분 간격으로 전류를 재야 하지만 이를 완벽하게 하기는 어려우므로 오차가 발생하였을 것이다. 실험 방법에서 언급되어 있듯이, 탄소, 구리 전극을 모두 5cm 정도 담그라고 되어 있지만 실제로 탄소, 구리 전극이 담겨진 깊이가 5cm가 되지 않았을 수도 있다. 반응은 용액에 담긴 표면에서 일어나는데 다른 깊이로 담그게 되면 반응양의 차이가 생길 수 있고, 이것이 오차를 유발시키는 원인이 된다. 또한 실험을 하는 도중, 황산구리 수용액에 담겨져 있는 구리전극, 탄소 적극을 서로 닿아 있지 않도록 하기 위해 실험 진행 중 두 전극을 건드릴 때 마다 전류의 세기가 급증 하였다. 이러한 이유로 실험값에 오차가 발생한 것 같다.

공학/기술| 2020.09.01| 2페이지| 1,000원| 조회(689)

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