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[화학공학,재료,화공실험]AIBN-PS벌크중합 실험보고서입니다

벌크 중합을 이용한 PS의 합성1. 요약스티렌으로부터 AIBN을 촉매로 사용하여 폴리스티렌으로 합성된다. AIBN은 열 분해에 의해 라디칼을 형성한는데, 라디칼화 된 AIBN은 스티렌의 불포화기를 깨트려 Polystyrene으로 중합에 도움울 주는 반응 개시제이다. 만들어진 PS를 이용하여 DSC(시차 주사 열량 계량법) 분석을 하여 TG(유리전의온도)점에서 알려진 값 (80℃)를 찾으려 하였다. 다른 조의 그래프와 비교한 결과 다른 조의 그래프는 70℃~80℃ 사이에서 급격하게 감소하는 데에 비교하여 우리 조의 결과는 완만하게 감소하여서 유리전이온도를 찾을 수 없었다.2. 서론{} ^{1)}비교적 단순한 화합물로부터 고분자를 합성하는 것을 고분자 합성 (Polymer synthesis) 또는 중합(Polymerization) 이라고 한다.단순한 원래 있던 단량체(Monomer)의 중합을 통하여 만들어진 고분자의 대표적인 예로 나이론, PET(PolyEthylene Terephthalate), PP(PolyPropylene), PE(PolyEthylene)등등이 있다. 고분자가 실제로 있음을 알게된 후부터 지금까지 발전하여 의복, 가구 등등 실생활에 필요한 것에서의 선택의 폭이 고분자라는 것이 있다는 인식을 하기 전보다 넓어졌다. 또한 고분자의 생성이 단량체(monomer)만으로 대량 생산을 이루어낸 것이 아니라 촉매를 개발하여 더 빠른 속도, 더 높은 효율을 얻기 위해서 연구해왔다.일반적으로 이용되는 합성고분자의 중합 방법은 중합과정에 따라 나눌 수 있다. 고분자의 중합 방법으로는 크게 두 가지 부가중합(사슬중합)과 축합중합(단계중합)으로 나뉜다. 부가중합에서는 라디칼중합, 이온중합, 배위중합 등이 속하여 있다. 부가중합은 단량체가 바이닐기를 가지고 있을 때 많이 사용되며, 대표적인 예로 PE, PP, PS등이 있다. 또한 단량체가 이중결합이 아닌 관능기를 가질 때 자주 사용하는 방법으로는축합중합이 있는데, 대표적인 예로 나이론과 PET가 있다. [그림 1] 실험에서는 이중결합을 가진 styrene과 AIBN(Azobisisobutyronitrile)의 반응을 보여준다. AIBN의 라디칼화를 이용하여 스타이렌의 이중결합을 끊어 PS(Polystyrene)으로 만들었다. 이는 이중결합인 물질이 사용되었기 때문에 부가중합에 속하는 반응이다.[그림 1]{} ^{2)} 그림을 통하여 더 자세하게 보자면, [그림 2?１]단량체끼리 모이는 것은 축합 중합과 같으나, 단위체의 2중 결합이 깨지면서 옆의 단위체와 연속적으로 결합하여 중합체를 형성하면서 분자량이 단계적으로 높아지는 단계 중합, 단계 중합으로 생성되는 대표적인 고분자는 PET와 Phenol수지 PS등이 있다. 단계 중합으로 형성된 고분자는 대체로 열에 약하고, 가열을 통해 가공?성형이 쉬운 열가소성 수지가 생성된다. [그림 2-2]를 보면 사람이 손에 든 것을 내려놓고 한 번에 손을 잡는 것을 볼 수 있다. 단위체와 단위체 사이에서 물과 같은 간단한 분자가 빠져나가면서 중합체를 형성하는 단계 중합이 있다. 단계 중합으로 형성된 고분자의 특징은 열에 강한 열경화성 수지가 생성된다.[그림 2-1, 단계중합]{} ^{3)}[그림 2-2, 축합중합]{} ^{3)} [그림 2]styrene을 모노머로 사용하여 벌크 중합을 통해 고분자인 polystyrene으로 합성할 것이다. polystyrene은 styrene의 라디칼 중합으로 얻어지는 비결정성의 고분자로, 무색 투명한 열가소성 수지이다. 끓는점 145℃, 스티롤 수지라고도 한다. 에틸렌과 벤젠을 반응시켜 생긴 액체 스티렌 단위체의 중합체인 폴리스티렌으로 이루어지며 약품에 잘 침식되지 않는다. 스티렌 수지는 플라스틱 중에서 가장 가공하기 쉽고 높은 굴절률을 가진다. 또 투명하고 빛깔이 아름다울 뿐만 아니라 단단한 성형이 되고 전기절연 재료로도 우수하다.이 실험에서 쓰일 벌크 중합이란 가장 간단하면서 순수한 중합체를 얻을 수 있는 중합법이다. 벌크 중합은 매스 중합이라고도 하며 고분자 화합물을 만드는 반응 중의 하나로서 액체 상태의 순수 단량체에 가용성 개시제 또는 촉매만을 넣어 단량체를 고분자로 만드는 것이다.벌크 중합의 장점으로는 중합에 필요한 성분만 넣어 중합했기 때문에 다른 중합 방법에 비교하여 시스템이 간단하다. 또한 미반응의 단량체만이 부산물이 되기 때문에 순도가 높다. 생성물 자체가 고분자이기 때문에 증류, 추출, 결정화 등의 생성물과 부산물의 분류를 별도로 할 필요가 없다. 다른 중합 방법들에 비교하여 생성물의 광학적 선명도의 값이 높다.그러나 중합계의 발열이 강하여 온도 조절이 어렵고, 중합 반응열의 제거가 어렵기 때문에 반응열이 비교적 적은 축합 반응에 주로 사용된다. 반응 중 나오는 열로 인하여 반응 속도가 높아져 반응 질량의 점도가 증가하여 열전달 및 혼합이 어려워진다. 높은 점도와 함께 열전달이 어려워지기 때문에 넓은 분자량 분포를 갖는다. 분자량의 분포가 넓을수록 크기가 불안정하여 고른 고분자를 얻을 수 없다. 이러한 이유로 실험실에서 실험을 할 때 쓰이거나, 소규모 공정에서만 이용하는 중합 방법이다.본 리뷰에서는 대표적인 고분자 합성의 종류를 알아보고, 대표적인 중합 반응 중 하나인 벌크 중합을 이용한 styrene의 polystyrene으로의 합성에 대해 다루고자 한다. 또한 고분자 물질은 주위의 온도에 따라 결정화, 융해 및 유리변성을 나타낼 뿐 아니라 분해도 한다. 온도 변화에 따른 열에너지 변화를 측정할 수 있는 DSC분석법을 알아보고, DSC 분석법을 통하여 polystyrene의 유리 전이 온도를 알아보고자 한다.[그림 3]{} ^{4)} 스타이렌 구조식3. 실험 방법① PS단량체를 스포이드를 이용하여 바이알에 11mL 넣는다.② AIBN을 0.7111g 정량하여 ①의 바이알에 넣어준다.③ 스티어링 바를 넣고 80℃로 온도를 맞추어 회전시킨다.④ 흰색에서 노란색으로 변했다가 다시 흰색으로 변하면 꺼낸다.⑤ 그 후 뚜껑을 살짝 열어 수조에 하루정도 둔다.⑥ 만들어진 PS을 칼로 깬다.⑦ DSC 분석에 이용하는 판에 0.0036g을 측정하여 분석기에 넣는다.⑧ 분석 결과를 저장한다.4. 실험 결과 및 분석[DSC분석 결과 그래프]⒜⒝⒞⒟그래프 ⒜는 위 실험 방법을 통하여 얻은 폴리 스타이렌을 DSC 분석하여 얻은 그래프이다. 나머지 그래프 (b), (c), (d) 같은 실험 방법을 다른 사람이 하여 얻은 그래프이다. 그래프 (b), (c), (d)에서 보이듯이 대략 80℃~90℃사이에서 y축의 값이 급격한 기울기를 가지며 내려가는 것을 볼 수 있다. 그러나 그래프 (a)에서는 평탄한 기울기를 가졌기 때문에 유리전이온도가 측정되었다고 할 수 없다. 유리전이온도에 대해 간략하게 설명하면 고체 상태에서 고무 상태로 바뀌는 곳으로 고분자의 종류에 따라 다른 값을 같는다. 하지만 같은 조건의 실험이라면 비슷한 값을 가져야 한다. 또 y값이 떨어져야 유리전이온도가 된다고 생각하는 데에 이유는 y값인 Heat Flow Endo Down 값이 내려갈 수록 흡열 반응을 한 것이기 때문이다. 상전이가 될 때는 온도 변화의 폭은 크지 않으나 계속 열량을 흡수하고 있기 때문에 유리전이온도에서 예상되는 범위에서의 y값이 급격하게 변화하여야 한다. 또한 그래프 (b), (c), (d)를 비교하면 (c)

공학/기술| 2018.10.26| 10페이지| 4,000원| 조회(650)

화학공학실험, 벌크중합, PS, AIBN

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[화학공학,재료,화공실험]은나노입자 실험보고서입니다. A+받았습니다. 평가A+최고예요

은 나노 입자 측정1. 요약나노 기술은 현재 연구 단계에 있지만, 연구된 기술들은 상용화되길 기다리고 있으며 상용화된 기술들은 우리 생활에 가까이에서 만날 수 있다. 나노 기술의 핵심이라고 할 수 있는 입자의 생성을 은 나노 입자를 만드는 실험을 통하여 원리를 알아보았다. 환원제를 넣어 만든 은 나노 입자와 환원제를 넣지 않고 열을 가하여 만든 은 나노 입자의 차이를 uv-vis spectrum을 통해 결과를 입자의 크기 위주로 분석하였다.2. 서론{} ^{1)2)}{} ^{eqalign{6)#}} 나노 기술은 물질을 나노미터 크기의 범주에서 조작·분석하고 이를 제어함으로써 새롭거나 개선된 물리적 화학적 생물학적 소재·소자 또는 시스템을 창출하는 과학기술이다. 그렇다면 나노 입자가 됨으로써 어떤 변화가 있기에 따로 연구까지 하는 걸까.나노 영역에서 물리적 성질 변화는 크게 세 가지가 있다. 첫 번째로 나노미터 크기의 절연체의 전자 투과성이다. 전자는 절연체를 투과할 수 없기 때문에 절연체에 전기가 흐르는 것을 막아 준다. 그러나 절연체가 나노 단위가 되면 전자가 통과할 수 있는데 이는 전자가 입자성 뿐만 아니라 파동성도 가진 입자이기 때문이다. 두 번째 나노 입자가 작으면 작을수록 표면적이 증가하게 된다. 그렇기 때문에 외부 변형에 대한 저항력이 증가하고, 재료의 강도가 현저히 증가하게 된다. 세 번째 전자의 에너지 준위의 변화가 나타난다. 벌크 상태의 경우 에너지 준위가 연속적으로 나타나는 것에 비해서 나노영역에서의 물질은 불연속적 전자 에너지 밀도를 가진 원자와 연속적 전자 에너지 밀도를 가진 벌크 상태의 중간체라고 할 수 있다. 마지막으로 화학적 특성의 변화이다. 두 번째에서 말한 것과 같이 나노 입자는 크기가 작아짐에 따라, 단위 부피당 표면적이 증가하게 된다. 또한 나노 입자는 원자들이 모여 구 형태를 이루게 된다. 그렇기 때문에 표면원자가 내부원자를 감싸고 있는 형태를 갖는데 안정하기 위해 표면원자의 에너지가 내부원자의 에너지보다 큰 값을 갖는다. 있으며 PVP의 평균 분자량이 클수록 은 나노 입자의 크기가 커지는 것으로 보고되었다.하이드라진(hydrazine)은 로켓 연료로 사용되는 액체 화학물질로 화학식은 NH₂NH₂이다. 암모니아 비슷한 냄새가 난다. 물과 비슷한 밀도를 가지며, 또한 물과 비슷한 온도 범위에서 액체 상태로 존재한다. 발연성이 높아 로켓의 연료로 사용된다. 하이드라진의 구조는 암모니아 분자에서 분자 하나 당 수소를 하나씩 뺀 것을 두 개 쌍으로 만든 구조이다. 각각의 H₂N-N는 피라미드 구조이다. N-N의 거리는 1.45 A이며, 분자는 고시 형태(Gauche conformation, 빗놓인 형태)을 보여주고 있다. 회전 장벽값은 에테인의 회전 장벽값의 두 배이다. 하이드라진의 구조적 성질은, 비스듬하게 어긋난 형태를 보여주며 회전 장벽값이 높은 기체 상태의 과산화 수소의 구조적 성질과 유사하다. 밀폐하여 냉암소에 두면 몇 년 동안은 안정하나 180℃ 정도로 가열하면 질소와 암모니아로 분해한다. 또 350℃ 이상으로 가열하거나 자외선을 조사하면 질소와 수소로 분해한다. 공기 속에서는 보라색 불꽃을 내며 탄다. 금속이온, 예를 들면 금·은·구리·백금 등의 이온을 금속상태까지 환원시킨다.[ NH₂NH₂구조] [ AgNO₃구조 ] [ PVP 구조 ]3. 실험 방법① PVP 30 mg, AgNO₃ 17 mg, 물 10g과 하이드라진을 준비한다.② PVP와 AgNO₃,물을 넣은 후 하이드라진을 한 방울 넣는다.③ 배스 타입 소니케이션을 이용하여 잘 분산되게 한다.④ 또 PVP와 AgNO₃,물을 넣은 용액을 따로 준비한다.⑤ oil 수조에서 100℃에 맞추어 하루정도 기다린다.⑥ 두 용액을 따로 석영 용기에 넣어 uv-vis spectrum을 측정한다.4. 실험 결과 및 데이터 분석환원제를 넣은 것과 환원제를 넣지 않은 은 나노 입자의 uv-vis spectrum 값을 얻어 그래프를 그렸다. 환원제를 넣은 것의 흡광도는 파장 413nm 에서 0.64116, 환원제를 넣지 않고 반응시킨 것에Sonication은 천연 안정제로서 κ-carrageenan으로 은 나노 입자를 합성하는 것을 가능하게 합니다. 반응은 실온에서 진행되며 불순물이 없는 fcc 결정 구조의 은 나노 입자를 생성합니다. 은 나노 입자의 입자 크기 분포는 κ-carrageenan의 농도에 의해 영향을 받는다. κ-carrageenan의 농도가 증가하면 은 나노 입자의 크기는 작아지는 반비례 관계를 갖는다. κ-carrageenan을 이용한 소노 케미컬 경로는 이전의 방법보다 더 간단하고 환경 친화적인 합성 방법이다.[은 나노 입자를 둘러싼 환원제, 클러스터] [안정제가 둘러싼 은나노입자][κ-carrageenan을 이용한 은 나노 입자 생성] [pvp/Ag 복합체]② 나노 입자가 bulk 상태의 입자와 색이 다른 이유{} ^{5)} 미세한 입자는 빛을 방출한다. 금 나노 입자의 경우 본래의 금 색깔과는 다르게 붉은 적포도주 색을 띄고, 입자의 크기가 작아질 수록 보라색을 띈다. 또한 금 나노 입자처럼 한 가지만 원소만 있는 것 뿐만 아니라 카드뮴(Cd)과 셀레늄(Se)으로 구성된 수nm 크기의 반도체 나노 입자가 크기에 따라 색깔이 변화한다. 둥근 모양을 갖는 반도체 입자의 크기를 1.2nm에서 12nm로 크기를 달리함에 따라 빨간색에서 파란색까지 무지개색 순서의 색깔 변화를 관찰되었다. 나노 입자의 크기가 클수록 긴 파장의 색을 나타낸다. 우리 눈에 색이 보이는 것은 물체가 흡수한 빛과 반사한 빛 중 반사한 빛을 보는 것이다. 본래 크기와 다른 색을 방출하는 이유는 bulk 상태와 비교해서 다른 파장의 빛을 흡수했기 때문이다. 같은 원자를 가졌음에도 불구하고 다른 파장을 흡수하는 관계는 앞서 말한 양자 크기 효과로 설명할 수 있다. 이와 같은 실험 결과는 나노 물질이 입자수가 수억 개 이상으로 이루어진 벌크 물질과 몇 개의 원자로 구성된 분자의 중간 형태라는 점을 생각하면 쉽게 설명될 수 있다. 즉, 나노 물질은 불연속적 에너지 준위를 가진 원자 및 분자와 연속적 에너지 밴드를를 가지고 이동하는 현상이다. 플라즈몬이란 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 금속평판 형태의 경우 플라즈몬은 금속 표면의 전기장을 따라 수십에서 수백 마이크로미터를 이동할 수 있고, 이때 발생된 전기장은 금속 표면으로부터 수직방향으로 멀어질수록 지수함수 형태로 감소한다. 만약 특정파장의 빛이 금속표면에 도달하였을 때, 빛의 파장과 금속표면 플라즈몬의 진동주기가 일치할 경우 공명이 일어나고 빛은 금속 표면에서 흡수 또는 산란된다. 금속은 자외선 영역의 빛을 흡수 또는 산란시키는 데 반해 Ag는 가시광선 영역의 빛을 흡수 또는 산란시킨다. 가시 광선 영역의 빛을 흡수하는 금속을 나노 형태로 만들면 일반적인 색과는 다른 색을 나타내는데 가장 대표적인 예가 금이다. 금은 평소에는 노란색 계열이지만 나노 입자가 되며 붉은 빛을 낸다. 입자의 크기가 빛의 파장보다 매우 작은 금속 나노입자의 경우 플라즈몬은 금속 평판의 경우와 달리 부피 대비 표면 비율이 매우 높기 때문에 표면의 자유전자 밀도가 매우 높다. 표면의 전자들은 구름처럼 존재하는데 이 자유전자들은 특정 파장을 가지고 진동하고 있다. 이 파장에 해당하는 빛이 외부로부터 들어오게 되면 나노 입자는 그 빛을 매우 강하게 흡수하고 그보다 약간 긴 파장의 빛을 외부로 방출하게 된다. 부피 대비 표면의 비율이 금속 bulk 형태와 달라 이로부터 발생되는 진동 주기 또한 bulk 형태와 나노 형태가 다르다. 또한 이렇게 표면에 영향을 받는 것처럼 나노 입자는 금속 종류, 크기, 그리고 모양에 따라 다양한 색을 나타내게 된다.위의 그래프는 은 나노 입자의 크기에 따른 표면 플라즈몬 공명을 UV/Vis spectrum으로 측정한 것이다. x축은 파장이며 y축은 광학밀도로 흡광도와 같은 값이다. 은 나노 입자의 크기가 10~100nm로 증가할수록, 흡수 peak가 400nm~ 500nm로 증가하며, 더 옆으로 넓게 퍼지는 것을 볼 수 있다. 특히 80nm의 크기에서는 400nm에서 흡수하던 값이 낮아’로 불린다.높은 표면장력으로 인하여 입자간의 응집을 통해서 표면 에너지를 낮추려는 경향이 있다. 때문에 이를 방지하기 위해서 나노입자 형성 시 높은 표면 장력을 낮추기 위해 고분자 및 계면활성제 등을 나노 입자 표면에 흡착시켜 표면에너지를 낮춰 은 나노 입자가 응집되어 나노 입자의 크기가 커지는 것을 막아야 한다. PVP 말단은 히드록시 작용기를 지니고 있으므로 환원 반응 속도에 영향을 미치기도 한다. 이렇게 고분자를 금속 나노입자의 크기 및 형상 조절을 위한 표면조절 물질로 사용하면, 표면에 형성되는 다중 결합에 따른 높은 안정성을 나타낼 수 있으며 금속 표면에 다양한 작용기를 도입할 수 있다. 그러나 대부분의 PVP를 이용하여 은 나노 입자를 합성하는 경우 반응 메커니즘은 수용액 상태가 아닌 유기 용매와 함께 사용하여 감마선 조사에 의해 알코올 라디칼이 형성되고, 여기서 유발된 전자가 은 양이온을 환원시킨 후 PVP에 의해 안정화되는 것으로 알려져있다.또는 수용액을 이용할 경우에는 환원제를 첨가하여 은 양이온을 환원시킨 후 PVP의 카보닐 그룹의 산소와 상호 작용을 하며 안정화되는 것이다. PVP와 Ag 수용액만 넣은 후 열을 가해서 PVP/Ag 복합체를 형성한 경우는 감마선 조사나 환원제를 사용하지 않았음에도 은 나노 입자가 만들어졌다. 앞서 말한 것과 같이 원형이 아닌 삼각형 또는 육각형의 결정을 만든다. 그렇기 때문에 PVP와 Ag가 다른 결합이나 화학적인 변화가 있는 것은 아닐까 생각하고 찾아보았다. 옆의 그래프는 PVP와 PVP/Ag복합체의 라만 스펙트럼 분석결과이다. c)는 고체 PVP의 라만 스펙트럼 결과이고 b)는 수용액 상태의 PVP이며 a)는 PVP와 Ag의 복합체이다. c와 b를 비교하면 수용액의 경우에는 PVP 단량체에 있는 질소 원자와 카르보닐 그룹의 산소 원자 사이에서 유기화합물의 구조를 2가지 이상의 구조식으로 표현할 수 있는 이성질체가 되어 카르보닐그룹의 결합에 대한 라만 흡수 띠가 에너지가 낮은 위치에서 나타나게 된다. 또한 있다.

공학/기술| 2018.10.26| 14페이지| 5,000원| 조회(2,373)

화학공학실험, 재료실험, 은나노, 나노입자, 나노특징, 은나노입자, 은나노입자합성, 은나노입자크기

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[재료,소재,화공실험]UV-Visable Spectrum 실험 보고서 에이플러스 받은 내용입니다.

UV-Visable Spectrum 연습1. 요약물질의 구성 성분과 함량을 분석하기 위해서 핵자기공명법, 적외선분광법, UV-Vis 등 여러 가지 분석 방법이 이용된다. 이 중 실험에서 다룰 UV-Vis spectroscopy는 물질의 농도를 분석하는 곳에 간편하고 정확성이 우수하다. 그렇기 때문에 대기 분석, 생성된 화합물의 분석, 과일의 당도 분석 등 실생활에서 널리 이용되었다. UV-Vis spectroscopy의 원리를 이해하고 시료의 농도와 빛의 흡수 정도와의 관계성을 알기 위해 빛의 성질과 흡수 관계를 알아보겠다.2. 서론{} ^{1)} 빛은 입자라고 할 수 있고 파동이라고도 할 수 있다. 빛의 파동은 서로 수직으로 진동하는 전기장과 자기장으로 이루어져 있다. 파장 λ[m]는 파동의 꼭짓점과 꼭짓점 사이의 거리이다. 주파수nu [1/s]는 파동이 매 초당 일으키는 진동의 횟수이다. 초당 한 번 진동하는 것을 1 Hz(헤르츠)라고 한다. 그러므로 주파수와 파장을 곱하면 단위가 [m/s]로 속도의 단위를 갖게 된다. 예를들어 빛의 속도 c는 빛은 진공일 때 1초에 2.998TIMES 10^8 [m]를 진동을 하며 가므로 빛의 속도는 2.998TIMES 10^8 [m/s]가 된다.주파수와 파장의 관계 : λnu ＝c (식 1-1)빛은 또한 파장 말고 입자로고 생각할 수 있다. 이는 광자라고 하는데 광자 한 개의 에너지는 주파수에 비례한다.에너지와 주파수의 관계 : E=hnu (식 1-2)로 표현되며 여기에서 h는 플랭크 상수(=6.626TIMES 10^-34 JBULLET s)이다. 식 1-1과 식 1-2를 합하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.에너지와 파장의 관계 : E=h{c} over {lambda } =hctilde{upsilon }(식 1-3)식 1-3을 통해 에너지는 파장에 반비례하는 것을 알 수 있다. 여기서tilde{upsilon }(=1/λ) [1/m 일반적으로, 1/cm 사용.]는 파수이다. 그러므로 에너지는 파장과 주파수에 정비례하고 파료를 지나가면 이 빛의 일부는 시료가 흡수하게 되고, P로 나오게 된다.이를 관계식으로 표현하기 위해서 들어간 빛의 양과 나온 빛의 양의 비를 투광도 T라고 한다.투과율 : T={P} over {P _{0}} LEQ 1`(P LEQ P _{0} )투광도의 값은 P가 항상P _{0}보다 같거나 크기 때문에 0에서 1사이의 값을 갖는다. 만약 모든 빛을 흡수하는 물질이 있다면 투광도는 0이 될 것이다. 투광도는 나온 빛이 얼마인지가 중요한 것이고 화학 분석에서 사용되는 것은 시료가 얼마나 흡수했는지인 흡광도로서 다음과 같이 정의한다.흡광도 : A=log{P _{0}} over {P}=-log{P} over {P _{0}}=-logT흡광도란 일정한 세기의 어떤 파장의 빛이 용액 층 통과 후, 광도가 일정세기로 될 때의 양을 말한다. 세기 lo을 가진 어떤 빛이 용액 층 통과한 후에 광도가 l가 되면, 그 양은 log(l0/l)으로 정의한다. 흡광도는 시료 내 빛을 흡수하는 분자의 농도에 비례한다. 또한 흡광도는 빛이 통과하는 물질의 경로 길이에도 비례한다. 따라서 농도와 경로 길이에 대한 흡광도의 의존도는 비어의 법칙으로 나타낸다.Beer의 법칙 : A=εbcc= 시료의 몰 수 (mol/L)b= 경로 길이 [그림 3] (cm)ε= 몰 흡광 계수 [1/(MBULLET cm)]Beer의 법칙 흡수된 빛의 분율은 물질의 농도, 경로 길이와 비례한다. 같은 부피 내에서 시료 용질의 농도를 증가시키는 것은 물질의 두께를 증가시키는 것과 같은 효과가 있다. 흡광도는 색깔 세기의 척도로, 색깔이 진해지면 흡광도는 증가한다.Beer의 법칙의 관계식은 어디까지나 이상적인 모델로부터 유도한 식이므로, 실제 시료에 대하여 이 법칙이 어느 정도 잘 맞는가를 검정해야 한다.따라서 시료의 분석을 통해 파장을 결정한 후 그 파장을 고정시키고, 일정한 두께의 흡수 용기를 사용하여 알고 있는 몇 가지 농도에 대해 흡광도를 측정하여 검량선을 만든 후 Beer의 법칙에 얼마나 잘 맞는가를 검정한다.석하여 보겠다.5. 고찰①용액 희석하는 법{} ^{1),`2)} 만분율은 수를 1,000,000과의 비로 나타내는 방법으로, ppm(parts per million)이라는 기호를 사용한다. ppm은 백만분의 1이라는 뜻이며, 용액 1,000,000g 에 들어있는 용질의 g수(또는 mg/kg)를 나타낸다. 주로 대기나 해수, 지각 등에 존재하는 미량 성분의 농도를 나타낼 때 사용된다.ppm={물질의`질량} over {시료의`질량} TIMES 10 ^{6} 이 경우 분자와 분모의 질량을 같은 단위로 표시해야 한다. 묽은 수용액의 밀도는 거의 1.00g/mL이므로, 비록 근사적이지만 흔히 물 1g과 물 1mL는 같다고 할 수 있다. 그러므로 1ppm은1 mu g/mL(=1mg/L)에 대응된다.간단하게 말하면, 용액은 용질과 용매로 이루어져있다. KMnO₄수용액은 용질이 KMnO₄이고, 용매는 물인 것이다. 기준 시료가 있을 때 시료에서 일정 부분을 떼어내어 그 시료를 분석하여도 결국 처음 부피에 들어있는 용질의 수와 떼어낸 부피에 들어있는 용질의 수가 비례하기 때문에 그 시료의 농도는 처음 원래 농도와 같다. 잘 분산되어 소위 말하는 녹아있는 상태이기 때문이다.앞에서 말한 것들에 착안하여 80ppm의 수용액을 60ppm으로 희석하면먼저 80ppm이 20mL있을 때 희석하기 위해 5mL만 이용하면, 5mL 안에 몇mu g의 KMnO₄가 들어갔는지 알아야 한다.{80} over {1000000} = {x} over {5}THEREFORE x=4 TIMES 10 ^{-4} 5mL일 때4 TIMES 10 ^{-4}mu g의 KMnO₄가 들은 것이다. 비례식을 세워 이를 60ppm으로 맞추면4 TIMES 10 ^{-4} :5+X=60:1000000,`X=1.67mL로 물 5mL의 80ppm KMnO₄수용액에 물 1.67mL를 넣으면 60ppm이 된다. 이 방법을 이용하여 10mL의 40ppm의 용액도 만들면{80} over {1000000} = {x} over {10}THE[표 1-1]은 A가 가장 높은 값을 갖는 파장 525nm에서의 농도별 값을 나타낸 것이다. 이 값을 이용하여 농도에 따른 흡광도의 변화 그래프를 만들었다. 아래의 그래프를 보면 2조의 그래프와 5조의 그래프를 비교한 모습이다. 5조의 그래프는 실험을 잘못하였기 때문에 선형이 아닌 곡선을 띄는 모양을 갖는다. 2조의 결과를 보면 농도가 증가함에 따라 흡광도도 증가하는 선형 그래프를 나타낸다. 이때 추세선은 y=0.0152x+ 0.0025로 y값은 흡광도를 나타내고 x 값은 농도를 나타낸다. 0.0025는 절편으로 농도가 0일 때 흡광도가 0.0025라는 소리이다. 농도가 0일 때 기준 값을 물로 설정하여 측정했기 때문에 흡광도도 0이어야 한다. 그렇지 않은 이유는 추세선 식 자체가 각 농도별 흡광도의 값을 억지로 선을 이어서 만든 것이다. 그렇기 때문에 가장 흡광도의 값과 농도 값이 비슷하게 나오도록 보정하기 위해 0.0025를 더한 것이다. 이때 기울기 0.0152는 비어의 법칙을 생각했을 때 1cm의 cell을 이용했다면 ppm당 cm당 흡광계수임을 예측할 수 있다.③ 비어 법칙이 잘 맞는지{} ^{3)}농도(M)A(2조)0.0000640.148910.0001270.309082조0.0002530.612880.000380.920420.0005061.2122흡광 계수를 구할 수 있는 것을 봐서 비어 법칙이 성립함을 알 수 있다. 그러나 다른 값과 비교하여 정확성을 나타내기 위해서는 몰당 흡광계수를 구해야 한다. 몰당 흡광 계수를 구하기 위해 ppm을 몰 농도로 바꾸어야 한다. ppm은 기본적으로 g/g단위이므로 물의 밀도가 1g/mL임을 이용하고, KMnO₄의 분자량이 158 [g/mole]임을 이용하여 M농도로 바꾸어 준다.{ｘppm} over {1000000g} TIMES {1g} over {1mL} TIMES {1000mL} over {1L} TIMES {1mole} over {158g} =M 임을 이용하여 농도를 바꾼다. 차례로 x에 10, 20, 40라고 생각하고 실험을 계속 진행하였고, 결과값에서 40ppm의 흡광도가 가장 크게 나왔다. 상황을 봐 40ppm의 용액과 80ppm의 용액이 섞였다고 가정하는 것이 가장 타당하다. 실험 순서를 가정하여 간단히 나타내면ⅰ 80ppm용액에서 40ppm을 만들었다.ⅱ 60ppm을 만드는 과정에서 80ppm과 40ppm이 바뀌었다. 80ppm과 40ppm을 희석하여 60ppm을 만들었다.ⅲ 40ppm이라고 생각하는 80ppm용액을 통해 20ppm이지만 40ppm인 용액을 만들었다.ⅳ 20ppm 이라고 생각하지만 40ppm인 용액을 통해 10ppm이라고 생각하는 20ppm의 용액을 만들었다.옆의 그림의 검정 글씨는 생각하는 용액의 농도이고 흰 글씨는 실제 용액의 농도이다.농도A농도A10(20)0.25628100.1489120(40)0.5116200.309085조40(80)1.005992조400.6128860(60)0.77896600.9204280(40)0.54927801.2122위의 표는 각 농도에서 가장 큰 값을 갖는 A값을 나타낸 것이다. 5조의 괄호 안의 값은 실제 농도이며 그 값과 2조의 값을 비교했을 때 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 농도가 맞다고 가정한 후의 그래프를 그려보았다. 위에서 언급한 바와 같이 기울기는 몰 흡광 계수를 의미한다. 같은 파장 525nm에서 몰 흡광 계수의 차이가 나는 것을 감안하면 오차의 원인은 단순히 실험 중 용액이 섞였기 때문이라고 할 수 있다.⑤ 비어 법칙의 한계{} ^{1)} 비어 법칙은 단색 복사선이 묽은 용액 (LEQ 0.01M)의 시료를 통과할 때 성립한다. 흡수 봉우리에서 몰흡광 계수는 봉우리로부터 조금 벗어나더라도 크게 변하지 않는다. 단색화 장치에서 오는 빛은 작은 파장 폭을 가진다. 따라서 완전히 단색은 아니다. 그러나 입사 복사선의 좁은 폭에 걸쳐 몰흡광계수가 크기 변하지 않기 때문에 비어의 법칙을 따른다. 만약 peak 값인 525nm가 아니라 기울기가 가파른 580~590nm에서 흡광도를 측정하였다면 수 n다.

공학/기술| 2018.10.26| 9페이지| 4,000원| 조회(204)

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[재료,소재,화공실험]투명전극 실험 보고서 에이플러스 받은 내용입니다.

투명전극1. 요약전도성 고분자인 PEDOT : PSS(poly(3,4-ethylene-dioxythiophene) : polystyrene sulfonate)는 우수한 전기 전도도와 광투과도, 유연성을 가지고 있기 때문에 유기태양전지와 유기발광소자의 투명전극으로서 많은 각광을 받고 있다. 이 실험은 농도가 일정한 PEDOT : PSS 수용액을 에어브러쉬를 이용하여 시간을 다르게 하여 유리 판에 뿌린 후 메탄올로 후처리를 하여 각각의 필름을 투광도, 전기전도도, 두께를 통하여 비교한다. PEDOT : PSS의 전기전도도는 솔벤트를 도핑함에 따라 크게 증가하는데, 이를 실험을 통하여 확인한 후 전기전도도의 증가 이유에 대하여 집중적으로 살펴보고 농도에 따라 변화량에 달라짐이 있는지 확인하였다.2. 서론{} ^{1)}{} ^{2)3)} 최근 전자 및 에너지 소자 기술의 급격한 발전과 함께 전자/전기적인 특성과 기계적인 유연성을 함께 갖는 유연소자의 개발에 대한 필요성이 요구되고 있으며, 이에 따라 차세데o 투명전극 개발에 대한 관심도 높아지고 있다 .투명전극을 구현하기 위해서는 가시광선에 대해 투명한 동시에 전기 전도성을 띠는 소재를 이용해야 한다. 투명전극은 LCD, PDP, OLED 등의 평판 디스플레이, 터치스크린, 박막 태양전지에 다양하게 활용되고 있다. 현재 사용되고 있는 가장 대표적인 투명전극은 우수한 광학적, 전기적 성능을 나타내는 ITO(Indiun Tin Oxide, 산화인듐주석)을 사용하고 있다. 그러나 ITO는 깨지기 쉬운 특성 때문에 차세대 휘어지는 소자 분야에서 사용되기 어려울 뿐만 아니라 고온의 증착 공정을 사용하기 때문에 인쇄 공정을 활용하여 고성능의 투명전극을 제작한는데 한계가 있어왔다. 또한 ITO 투명전극의 경우 인듐이라는 고가의 희귀 원소가 사용되기 때문에 가격 경쟁력이 낮고 물리적 면형에 의해 생기는 결합에 의해 전극의 특성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이를 대체하기 위한 차세대 소재로서 탄소나노튜브(carbon nanotub PSS는 양전하를 띄는 PEDOT과 음전하를 띄는 PSS의 복합체로 구성되어있다. [그림1]은 PEDOT : PSS의 그림이다. PEDOT 부분을 보면 이중결합이 점선으로 표시되어있는데 이는 이중결합이 공명하는 콘쥬게이션 형태를 띄고 있기 때문이다. [그림2]는 PEDOT : PSS의 수용액 상태에서 대략적인 모식도인데, 이는 PSS 사슬을 전기가 통하는 PEDOT 감싸고 있는 모습을 보여준다. PSS 사슬에 PEDOT 사슬이 서로 얽힌 겔 형태로 수용액상에 분산된다. 이러한 구조로 인해 유기용매나 물에 용해도가 낮은 PEDOT을 물에 잘 녹는 PSS를 이용하여 수분산 시켰다는 점에서 PEDOT: PSS는 매우 중요한 물질이다. PEDOT : PSS는 높은 화학적 안정성을 가지며 roll-to-roll과 같은 습식 코팅 공정이 가능하여 균일한 박막을 경제적으로 대량생산 할 수 있다. 또한 PEDOT : PSS의 전기적 특성은 박막의 모폴로지(mophology) 또는 화학적/물리적 처리에 따라 조절 가능하다는 장점을 지닌다. 또한 PEDOT : PSS가 다른 고분자 물질에 비해 각광받는 이유는 이러한 장점 뿐만 아니라, 기존 전도성 고분자들에 비하여 저렴한 가격을 갖고, 쉽게 제조가 가능하다. 또한 유기 용매를 사용하던 기존의 전도성 고분자들과 다르게 물에 녹아 수용액 상태에서 다룰 수 있어, 친환경적이고 인체에 해롭지 않다. 이에 따라 ITO를 대체할 투명 전극의 재료로 주목받고 있다.전기전도도(Electric Couductivity)란 물질에서 전기가 흐르는 정도를 나타낸다. 전기저항은 물질의 재료와 온도, 길이 단면적등에 따라 결정된다. 이는 물질의 고유한 특성으로 모양이나 질량에 관계받지 않는다. 국제단위는 S/m를 갖는다. 전도도는 두께가 증가하면 저항이 작아지고 전도도가 증가하게 된다. 저항을 생각하면 그 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 순수 PEDOT:PSS의 경우 1S/cm로 낮은 전기전도도를 갖는다. 그렇기 때문에 전기전도도를 증가시키기 다.UV-Vis 그래프표면저항[OMEGA /sq]두께[mu m]12분(5조)15.3248분(6조)62.170.84. 실험 결과 및 데이터 분석4분(4조)103.60.5위의 표는 4분, 8분, 12분에 해당하는 필름의 각 시간별로 만든 판의 UV-Vis spectroscopy, 표면저항, 박막의 두께를 나타낸 것이다. 값을 보면 뿌린 시간이 많을 수록 표면저항 값이 낮아지고 박막의 두께가 높아지는 것을 볼 수 있다. 그렇기 때문에 박막의 두께가 커질 수록 즉, 입혀진 PEDOT : PSS의 농도가 높을수록 표면저항 값이 낮아지며 UV-Vis 값이 커지는 것을 볼 수 있다. 여기서 4분을 뿌린 것의 흡광도는 마이너스를 갖는데 이는 시료의 농도가 너무 낮아, 즉 너무 투명하기 때문이다. 시료의 농도가 너무 낮으면 흡광도가 음수값을 갖는다. 4분을 뿌린 필름은 표면 저항이 8분을 뿌린 필름에 비하여 두 배에 가까운 값을 갖으며, 12분 뿌린 필름과 비교하면 10배에 가까운 값을 갖는다. 그러므로 흡광도를 통해 각 박막의 표면저항을 대략적으로 비교할 수 있다. 마지막으로 밑의 그래프는 4분, 8분, 12분에서의 그래프를 합한 그래프이다. 4분, 8분 뿌린 그래프와 다르게 12분 뿌린 그래프는 양쪽 말단에서 peak를 나타내는데 이는 다른 필름과 다르게 두께가 매우 두껍끼 때문에 이런 값을 나타낸다. 투명 전극을 만드는 데에는 그만큼 다른 필름들에 비교하여 투명하지 못하기 때문에 표면저항이 낮아 전기는 잘 흐르나 좋지 않다. 그렇기 때문에 표면 저항은 낮으면서 박막의 두께가 낮아 흡광도는 낮게 만드는 게 앞으로의 과제라고 생각할 수 있다.5. 고찰① 각 필름의 전기전도도 계산전기전도는 S/Legnth의 단위를 갖으며 여기서 S(Siemens)는 1/OMEGA 을 나타낸다. 전기전도도는 물질이 전류의 흐름에 얼마나 세게 맞서는지를 측정한 물리량인 비저항 [1/OMEGA BULLET cm]의 역수이다. 그러므로 전기전도도의 단위는 1/mBULLET OMEGA 으로 표현할 수4163.19전기전도도는 표면저항과 두께와 반비례한다. 앞서 12분에서의 표면저항 값이 가장 낮게 나왔는데 그렇기 때문에 전기전도도 또한 높을 것이라고 예상하였다. 그러나 값이 4분 뿌린 것보다도 낮게 나왔고 이는 두께가가 증가하면 저항은 작아지지만 그에 비하여 전기전도도 값은 떨어진다는 것을 확인시켜 준다. 또한 4분과 8분도 큰 차이를 보이지 않는데 이는 4분과 8분의 표면저항이 1.75배를 갖는데 두께는 0.625배를 갖기 때문에 표면저항 비의 역수와 두께의 비가 0.5714, 0.625로 비슷하기 때문에 큰 차이를 보이지 않는 것이다. 그러므로 전기전도도를 향상시키기 위해서는 표면저항 값이 낮아야 할 필요가 있다. 하지만, 12분 뿌린 필름처럼 표면저항에만 신경쓰다가 두께가 증가하면 전기전도도가 역으로 낮아지기 때문에 표면저항과 두께 모두를 신경써서 필름을 만들어야 한다.② PEDOT : PSS의 전기전도도를 향상시키는 방법{} ^{1)} 전도성 고분자의 전도성을 향상시키기 위해 일반적으로 도핑(doping)된 물질을 제거해야 한다. 도핑이란 전기적으로 활성을 갖는 소재에 특정한 원소 또는 화합물을 도입하여 전기적 특성을 제어하는 과정을 말한다. 이때 도입하는 화학종을 도펀트(dopant)라 부르는데, 전도성 고분자의 경우, 화학적 처리나 첨가제 도입 등을 통해 전기 전도도를 급격하게 향상시키는 과정을 말한다. 특히 산화/환원과정을 통해 소재가 갖고 있는 전하량을 증가시켜 전도도를 높이는 과정을 1차 도핑이라 부른다. PEDOT : PSS의 경우 절연체인 PSS가 1차 도핑된 상태를 안정화시킨다. 도핑된 전도성 고분자에 다른 종류의 비활성 첨가제를 공정상에 도입하거나 후처리 공정을 통해 이미 1차로 도핑된 소재의 전기전도도를 더욱 향상시키는 방법들이 있다. 1차 후처리 공정에는 첫 번째로 DMSO, EG등을 PEDOT : PSS 수용액 상에 첨가하여 전기전도도를 향상시키는 극성 유기계 용매 첨가가 있다. 이 방법은 극성 유기용매의 종류 및 첨가량에 따라/cm 알려져있다. 하단 오른쪽의 그래프를 보면 순수한 PEDOT : PSS 필름에 비하여 DMSO나 EG, glyverol 등의 용매로 후처리를 한 경우 전기전도도가 대폭 상승한 것을 보인다.또한 실험에서 사용한 메탄올로 처리한 값을 위의 표에서 보면 1362 S/cm까지 전기전도도가 향상되었음을 알 수 있다. 용매의 종류에 따라 1000배에서 4000배까지 증가하는 것을 볼 수 있다. 실험에서 또한 메탄올 처리를 하였을 때 PEDOT : PSS의 농도에 따라 전기전도도는 4분, 8분, 12분일 때 각각 193.05 S/cm, 201.06 S/cm, 163.19 S/cm분을 얻었다. 그렇기 때문에 이는 용액을 이용하여 후처리하는 과정에서 어떠한 변화가 있다는 뜻이다. 메탄올과 같은 유기 용매로 후처리를 한 경우 박막에 어떤 변화가 있는지 알아보겠다.옆의 그래프는 EG를 이용하여 처리 방법을 다르게 한 PEDOT : PSS의 UV-Vis spectrum이다. PEDOT : PSS의 PSS는 phenyl 그룹을 가지고 있기 때문에, 225 nm 파장에서 가장 큰 흡광도 보여준다. 옆의 그래프 또한 아무런 추가 공정을 거치지 않은 PEDOT : PSS의 경우 225 nm 파장에서 가장 큰 흡광도를 보인다. 그러나 후처리만 하거나 PEDOT : PSS 수용액에 후처리를 한 경우 225 nm에서 흡수하는 폭이 줄어든 것을 볼 수 있다. 하지만 그래프의 개형이 비슷하기 때문에 구조적인 변화가 생긴 것은 아니라고 추측할 수 있다. 옆의 그래프는 구조적 변화가 생기지 않았다는 것을 뒷받침하기 위해 각각의 용매로 후처리를 한 경우의 라만스펙트럼 값이다. PEDOT의 경우 PEDOT 구조 내의 황산을 포함한 티오펜 링이 1450 cm{} ^{-1}에서 peak를 갖게 된다. 옆의 그래프에도 1450 cm{} ^{-1}에서 peak를 갖는데 그래프의 모양이 후처리를 한 박막이나, 아무런 처리를 하지 않은 박막이나 같은 값을 갖는다.옆의 사진은 에틸렌 글리콜을 이용하여 후처리를 .

공학/기술| 2018.10.26| 10페이지| 4,000원| 조회(288)

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화공기초실험 액체의 밀도 측정 실험보고서

1. 실험 목적에탄올(또는 메탄올) 수용액 및 식염수 등의 각종 액체물질의 밀도를 일정 온도에서 측정하여 농도와 밀도(비중)와의 상관관계를 곡선으로 작성한다.2. 실험 이론어떤 물질의 밀도(d)는 식 (2-1)과 같이 일정 온도에서 단위부피(V)당의 질량으로 나타낸다. d=m/V (단위: g/cm³ 또는 g/ml) (2-1) 같은 온도, 같은 부피의 2개의 물질에 대해서 각각의 질량비를 비중이라고 하며, 이를 각각의 밀도비의 값이라고 생각하여도 된다. 비중의 기준 물질로서, 액체에 대해서는 4℃의 증류수 (밀도: 0.999973g/mL)를 사용하고, 기체에 대해서는 표준상태(0℃, 1atm)의 공기 또는 산소를 사용한다. 비중의 0.999973배가 C.G.S 단위로 표시한 밀도와 같으나 실제상에서는 이 차이를 무시할 수 있다. 액체의 밀도측정 방법에는 중량법, 부력법, 연통관법, 액방울강하법, shlieren법 등이 있다. 이 실험에서는 중량법의 한 가지인 Gay-Lussac형 비중병에 의한 측정을 하고자 한다. 빈 측정용기의 무게를 m(g), 측정온도에서 물의 비중을d _{w}(g), 물을 채운 측정용기의 무게를W _{w}(g), 시료용액을 채운 용기의 무게를 W(g)이라고 한다면, 용기의 부피는 V(cm³)은 다음과 같다,V=(W _{w} -m)/d _{w} (2-2) 따라서 시료 액체의 비중 d는 식 (2-3)과 같다.d= {W-m} over {V} = {(W-m)} over {(W _{w} -m)} BULLET d _{ w}(2-3)3. 실험 방법① 측정하고자 하는 온도를 일정하게 유지하기 위하여 항온조를 측정온도(t_{ c})로 조정하여 둔다.② 측정 액체시료로서 methanol(MeOH) 80, 70, 60, 50, ~ 10%의 각 수용액을 각각 약 100mL씩 준비한다.(가능한 80% 측정 후 차례로 묵히는 방법을 채택한다.)에탄올도 마찬가지로 준비해 놓는다.③ 미리 잘 건조시킨 깨끗한 빈 비중병의 무게를 chemical balance 무게를 잰다다.⑤ 증류수를 비우고 시료액체를 다시 채워서 같은 방법으로 정확히 무게를 잰다. (그 무게를 W라고 한다.)⑥ 시료의 비중d _{4} ^{t}(4℃의 물을 표준으로 하였을 때 t℃의 시료의 비중)는 t℃의 물의 비중d _{w}를 찾아 식 (2-2)또는 식 (2-3)에 의거하여 계산한다.⑦ 각 시료액에 대해서 이상의 과정을 반복하여 농도와 비중의 관계를 알아본다.4. 관찰 및 측정 결과1) 관찰먼저 비중병의 부피를 측정하기 위해서 빈 비중병의 무게를 측정한 후 물을 전부 채워서 다시 저울에 올려 측정하였다. 그 후에 99.5%의 에탄올과 물을 질량비로 0%, 25%, 50%, 75%, 100%를 만들기 위해서 각각의 비커에 0% (100g 물), 25% (75g 물 + 25g 에탄올), 50% (50g 물 + 50g 에탄올), 75% (75g 물 + 25g 에탄올), 100% (100g 에탄올)을 넣어 만들었다. 그 후 비커에 만든 각각의 용액을 빈 비중병에 넣어 항온조에 넣었다. 항온조에서 현재 실험실의 온도 23℃에서의 무게를 측정하였다. 그 후 30℃를 온도계가 가르켰을 때부터 5분간 두어 비중병 안의 온도도 30℃정도로 맞추어 부피가 늘어나 비중병 마개의 구멍으로 용액이 빠져나올 수 있게 기다린 후 주변의 물기를 닦고 비중병의 무게를 측정하였다. 그 후 나머지 온도(40℃, 50℃, 60℃)에서도 앞과 같은 방법을 반복하여 비중병의 무게를 측정하였다.2) 결과① 비중병의 무게0%25%50%75%100%물 넣은78.483.781.383.082.9빈 병27.533.731.032.033.0② 온도에 따른 질량 변화0%25%50%75%100%23℃78.381.476.975.672.530℃78.2980.9776.6975.3872.1140℃78.1580.5276.1374.8471.6850℃77.5680.4175.7174.3771.1160℃77.4980.0575.2973.9470.665. 실험 데이터 분석모든 비중병에서 온도가 올라갈 때 계속 용액이 나왔다. 그 무서 물을 넣은 비중병과 빈 비중병의 무게는 모든 비중병에서 약 50g정도 차이가 난다. 그런데 23℃일 때 용액이 들은 비중병의 무게를 빈 비중병의 무게로 빼 주면 0%일 때 51g, 25% 48g, 50% 45g, 75% 43g, 100% 39g순으로 에탄올 함량이 많으면 많을수록 더 줄어드는 것을 알 수 있다.6. 고찰1) 비중병의 부피 계산비중병의 부피는 물로 가득찬 비중병의 무게에서 빈 비중병의 무게를 빼면 물의 무게를 알 수 있다. 거기에 실험실 조건 (23℃)에서 물의 밀도(0.99754g/mL)로 나누어 주면 부피인 ml만 남음을 알 수 있다. 즉, 식 (2-2)인 (가득 찬 비중병-빈 비중병)/물의 밀도=비중병의 부피임을 이용하여 계산한다. 밑의 표는 계산값을 정리한 것이다.0% 담을 병25% 담을 병50% 담을 병75% 담을 병100% 담을 병가득찬 비중병(g)78.483.781.383.082.9빈 비중병 (g)27.533.731.032.033.0물의 무게 (g)50.8550.0250.351.0149.94부피 (mL)50.9850.1450.451.1350.072) 액체의 밀도 계산온도별 물의 밀도는 23℃에서 0.99754 g/mL, 30℃에서 0.99565 g/mL, 40℃에서 0.9923 g/mL, 50℃에서 0.9881 g/mL, 60℃에서 0.9832 g/mL를 갖는다. 액체의 밀도를 계산하기 위해서 식 (2-3)d= {W-m} over {V} = {(W-m)} over {(W _{w} -m)} BULLET d _{ w}임을 이용하면 23℃ 0%일 때d= {78.4-27.5} over {50.98} = 0.99744 g/mL이며 0%는 순수한 물이므로 표에서 얻은 값과의 오차가 0.0001 g/ml이다. 30℃ 0%에서d= {(W-m)} over {(W _{w} -m)} BULLET d _{w}의 식을 이용하여 밀도를 계산하면d= {(78.29-27.5)} over {(78.4-27.5)} BULLET 0.99565=0.99447 g/m 0.016g/mL 생겼다. 60℃ 0% d={(77.49-27.5)} over {(78.4-27.5)} BULLET 0.9832=0.9665g/mL로 오차가 0.017g/mL 생겼다. 23℃ 25%에서 밀도를 계산하면d= {(81.4-33.69)} over {(83.71-33.69)} BULLET 0.99754=0.9514g/mL 물의 밀도와 0.04g/mL의 차이가 생겼다. 30℃ 25%에서d= {(80.97-33.69)} over {(83.71-33.69)} BULLET 0.99565=0.94111g/mL로 물의 밀도보다 0.05 g/mL 의 차이가 생겼다. 40℃ 25%는d= {(80.52-33.69)} over {(83.71-33.69)} BULLET 0.9923 =0.9291g/mL으로 물의 밀도와 비교하여 0.07g/mL 차이가 난다. 50℃ 25%d= {(80.41-33.69)} over {(83.71-33.69)} BULLET 0.9881=0.9229g/mL로 물의 밀도와 비교하여 0.05g/mL줄었다. 60℃ 25% d={(80.05-33.69)} over {(83.71-33.69)} BULLET 0.9832=0.9112g/mL로 물의 밀도보다 0.07g/mL 줄어들었다. 위의 계산과 같이 50%, 75%, 100%도 구하여 표로 정리하였다. 밑의 표를 가로 방향으로 보면 에탄올의 농도가 증가하는데, 에탄올의 농도가 높아질수록 밀도가 줄어든다. 밑의 표를 세로 방향으로 보면 온도가 증가하는데, 온도가 올라갈수록 밀도가 줄어든다. 실험을 통하여 밀도가 혼합물이거나 또는 온도에 영향을 받음을 알 수 있는 실험이다.[g/mL]0%25%50%75%100%23℃0.99740.95140.91020.85280.789030℃0.99450.94110.90440.84690.779740℃0.98840.92910.89030.83350.768650℃0.97270.92290.87830.82090.754060℃0.96650.91120.86570.80850.74143) 도가 밀도에 어떠한 영향을 끼치는지 한 눈에 볼 수 있다. 먼저 에탄올의 농도가 증가함으로서 모든 온도에서 밀도가 낮아지는 것을 보이며, 온도가 높아짐으로서 에탄올의 농도와 관계없이 밀도가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 온도에 따른 변화는 에탄올 0%나 에탄올 100% 모두 0.03g/mL 정도의 차이를 보이며, 같은 온도에서 에탄올의 혼합됨에 따라 바뀌는 밀도 변화는 각 온도에서 평균적으로 0.21 g/mL 줄어드는 것을 보인다. 이를 그래프를 통해 온도와 에탄올의 농도 즉 혼합물이 용액의 밀도에 영향을 끼침을 알 수 있었다. 하지만 온도는 미세한 영향을 같은 용액에서 미세한 영향을 끼치는 반면, 혼합물의 농도는 g당 부피 변화가 약 0.21 바뀌는 것을 보아 온도보다 혼합물의 농도가 밀도에 있어 더욱 중요한 영향을 끼침을 알 수 있다.4) 밀도가 온도가 증가함에 따라서 줄어드는 이유앞서 말한 것처럼 밀도에 온도가 영향을 끼침을 알 수 있었다. 액체에서 기체로 될 때 온도와 압력의 변화에 따라 상변화가 일어나게 되는데, 밀도는 g/mL로 단위 부피에 몇 g이 들어있나를 물어보는 것이다. 그렇기 때문에 부피가 증가하면 그 안에 있는 g이 같이 증가하고 거기서 다시 1mL를 잘라내는 것이기 때문에 밀도가 감소한다. 부피가 증가하는 이유는 온도와 압력에 대한 함수인데, 온도가 높아지면 분자간의 거리가 멀어지게 되고 이는 빽빽한 정도가 적게 되는 것을 의미하므로 밀도가 낮아지게 되고, 압력이 높아지면 부피 단위당 분자가 서로 밀착되게 되므로 밀도가 높아지게 된다. 그리고 흔히 상대밀도라고 하는 비중(比重, specific gravity)이란 표준물질에 대한 상대 물질의 밀도의 비를 말하는 것으로, 고체와 액체의 경우에는 표준물질로서 4℃의 물을 사용하며, 기체의 경우에는 0℃에서 1기압의 공기를 표준으로 한다. 비중과 밀도의 차이는 밀도는 단위 부피당으로 나타내는지 아닌지이다. 밀도를 구하는 공식이 g/mL, 질량/부피다. 즉 전체 부피로 질량을 나누었으므로단위 부피 하나

공학/기술| 2017.05.21| 4페이지| 2,500원| 조회(984)

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