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전)건국대학교 화학공학과
현)단국대학교 약학과

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의/약학| 2022.09.08| 3페이지| 2,000원| 조회(148)

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리도카인 합성 1

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의/약학| 2022.09.08| 3페이지| 2,000원| 조회(328)

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화학 전지의 제작과 전위차 측정 건국대 화학 및 실험 2(2020) 평가A+최고예요

화학 전지의 제작과 전위차 측정건국대학교화학 및 실험21. 실험 목적자발적으로 일어나는 전자 이동 반응을 이용하여 전기 에너지를 얻는 화학 전지 반응의 원리를 익히고 화학 전지를 제작하여 전위차를 측정한다.2. 실험 이론1) 화학전지화학전지란 물질의 산화·환원 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치로, 기본 구성은 반응성이 다른 두 금속을 전해질용액에 넣고 도선으로 연결한 것이다. 반응성이 큰 금속이 산화되면서 전자를 내놓으면, 전자는 도선을 따라 반응성이 작은 금속 쪽으로 이동하면서 전류가 흐르게 되는 원리이다. 이때, 반응성이 큰 금속은 전자를 잃는 산화 반응이 일어나므로 (-)극이 되며, 반응성이 작은 금속은 도선으로 통해 들어온 전자를 얻는 환원 반응이 일어나므로 (+)극이 된다.화학 전지는 2개의 반쪽 전지로 구성된다. 산화 반쪽 전지의 양극에서는 산화반응이 일어나고 전자가 생성되며, 환원 반쪽 전지의 음극으로 이동하여 환원반응이 일어난다. 산화 환원 반응이 각각 진행됨에 따라 염다리를 통해 음이온은 산화 반쪽 전지 쪽으로, 양이온은 환원 반쪽전지 쪽으로 이동하여 각각의 반쪽 전지의 용액은 전기적 중성을 유지한다. 염다리에 이용되는 전해질은 두 반쪽 전지 안에 있는 화학종과 반응하지 않는 이온으로 이루어져야 한다. 산화전극에서 방출된 전자가 환원전극으로 이동하여 전류가 흐르게 된다.2) Nernst 식비표준 전위하에서 전지(cell)에 의해 생성되는 기전력(emf: electromotive force) 또는 전지의 기전력을 측정함으로써 반응물과 생성물의 농도를 구할 수 있는 식이다.E=E _{0} - {RT} over {nF} ln(Q) ->E=E _{0} - {0.0592} over {n} log(Q) 이다.E : 전지 전위,E _{0} : 표준환원전위(25{} ^{0}C, 1기압), R : 기체상수, T : 절대온도,n : 반응에 관여하는 전자의 몰 수, F : 패러데이 상수3) 표준 환원 전위, 전지전위 계산표준 환원 전위는 기호로E DEG 로 표시하며, 표준 상태에서 전기화학반응의 평형 전위를 일컫는다. 이를 통해 표준 상태에서 특정 전기화학 반응의 산화 환원 정도를 알 수 있으며, 환원 반쪽 반응을 기준으로 전위 값을 나타낸다. 표준 상태는 25℃를 기준으로 반응에 참여하는 모든 화학종의 활동도가 1인 것을 의미한다. 구체적으로 이온의 경우 활동도 계수가 1이라면 이온 농도는 1M에 해당하며, 기체의 경우에는 1bar가 된다. 전기화학 반응의 평형은 산화와 환원 의 속도가 매우 빠르며 동시에 그 속도가 같음을 의미하고, 전극의 전위를 바꿔도 가역성이 유지됨을 전제로 한다.전지전위E _{cell} ^{DEG } =E _{red} ^{DEG } (환원전극)-E _{red} ^{DEG } (산화전극)이고, 이는 표준상태에서만 사용가능한 식이므로 전해질 농도가 1M이 아닐 때는 네른스트 식을 이용하여 계산한다.E=E _{cell} ^{DEG } - {0.0592} over {n} logQ (n : 산화된 물질과 환원된 물질이 주고받은 전자의 개수)4) 다니엘 전지다니엘 전지는 1836년 영국의 John Daniel에 의해 발명된 전기화학전지로 황산아연 전해질에 담긴 아연 전극을 (-)극, 황산구리 용액에 담긴 구리 전극을 (+)극으로 하여 두 용액을 염다리로 이어서 만든 전지이다. 다니엘 전지와 볼타 전지처럼 자발적인 화학 반응으로 화학에너지가 전기 에너지로 변환되는 전지를 갈바니전지라고 한다.알짜반응식은 다음과 같다.Standard Reduction PotentialCu2+(aq)+2e- → Cu(s) E0 = + 0.34 VZn(s) → Zn2+(aq)+2e- E0 = -0.76 VCu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq) E0 = 0.34 ? (-0.76) = 1.10 V3. 실험 기구 및 시약Cu(NO3)2 1M용액, Zn(NO3)2 1M용액, 아연판, 구리판, 염다리, sand paper(사포), 전압계, 비이커, 핀셋, 눈금실린더Cu(NO3)2 : 분자량 187.56g/mol, 밀도 3.05g/cm3, 녹는점 256℃ 산화성, 부식성이 있으므로 주의한다.Zn(NO3)2 : 분자량 189.36g/mol, 밀도 2.065g/cm3, 녹는점 110℃, 끓는점 125℃, 산화성, 부식성이 있으므로 주의한다.아연판 : Zn은 원자번호 30, 분자량 65.38, 밀도 7.14g/cm3, 녹는점 419℃, 끓는점 907℃구리판 : Cu는 원자번호 29, 분자량 63.55, 밀도 8.96g/cm3, 녹는점 1084℃, 끓는점 2562℃4. 실험 방법1) 구리와 아연판을 측정 전에 사포로 문질러 광택이 나도록 한 뒤, 증류수로 표면을 세척한다.2) 후드에 있는 Zn(NO3)2 1M 과 Cu(NO3)2 1M 용액을 사용하여, Zn(NO3)2 0.1M 용액과 Cu(NO3)2 0.1M 용액을 각각 100mL씩 제조한다.? Zn(NO3)20.1M용액 제조방법 : Zn(NO3)21M용액 10 mL를 100 mL 부피플라스크에 넣고 표선까지 증류수로 묽힌다.? Cu(NO3)20.1M용액 제조방법 : Cu(NO3)21M용액 10 mL를 100 mL 부피플라스크에 넣고 표선까지 증류수로 묽힌다.3) Cu(NO3)2 0.1M 용액을 사용하여, Cu(NO3)2 0.01M,0.001M용액을 각각 100 mL씩 제조한다.? Cu(NO3)20.01M용액 제조방법 : Cu(NO3)20.1M 용액 10 mL를 100 mL 부피플라스크에 넣고 표선까지 증류수로 묽힌다.? Cu(NO3)20.001M용액 제조방법 : Cu(NO3)20.01M 용액 10 mL를 100 mL 부피플라스크에 넣고 표선까지 증류수로 묽힌다.4) Zn(NO3)20.1M용액과 Cu(NO3)20.001M용액을 각각 40mL씩 100mL 비커에 넣는다.5) 아래의 그림과 같이 장치한다.6) 전압계의 전원을 켜고 전압계의 빨간색 클립은 구리판에, 검은색 클립은 아연판에 연결한다.7) 아연판은 Zn(NO3)2용액에, 구리는 Cu(NO3)2용액에 약 1 cm 씩 담근 후 전압을 측정한다.8) 4)~7)의 과정을 Cu(NO3)2용액의 농도를 0.01M, 0.1M 높여가며 반복한다. (Zn(NO3)2용액의 농도는 변함없이 0.1 M 로 고정한다).* 주의사항● 전위가 심하게 변하면 염다리를 바꾸어 다시 측정한다. (염다리 용액은 시간이 지나면 굳어 버리는데, 이런 경우 측정에 문제가 발생한다.)● 전압계의 다이얼을 4V로 맞추어 놓고 측정한다.● 집게 전선은 용액에 넣지 않도록 한다. (녹 방지)● 용액에 잠기는 금속판의 면적이 최대한 같도록 한다.● 전위가 조금씩 변하면 제일 높은 전위를 기록한다.● 용액은 묽은 농도부터 측정한다.● 폐시약은 폐수통에 버리고 금속은 회수한다.5. 참고문헌위키피디아 http://en.wikipedia.org일반화학 12판, Brown Lemay, Murphy, Woodward stolzfus/자유아카데미/2011/p.898~9016. 실험 결과다음표를 완성하시오.Zn(NO3)2 0.1MCu(NO3)2 농도(M)전위차 실험값(1회) (V)전위차 실험값(2회) (V)실험값의 평균(V)0.0010.8800.8960.8880.010.8460.8600.8530.10.8440.8340.8397. 관찰 및 결과 분석1) ① Nernst 식을 이용하여 Cu(NO3)2 농도에 따른 전위차의 이론값을 계산하시오. ②그리고 Cu(NO3)2 농도에 따른 전위차의 크기를 비교하시오.(계산식 반드시 작성)

자연과학| 2021.12.07| 5페이지| 1,500원| 조회(432)

화학, 건국대, 건국대학교, 화학 전지, 전위차, 전위차 측정, 화학 및 실험2

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비누만들기 건국대학교 화학 및 실험2

비누 만들기건국대학교화학 및 실험21. 실험 목적비누 만들기를 통해서 계면활성제의 작용을 이해하고 비누의 원리를 이해한다.2. 실험 이론동물성 지방이나 식물성 기름 속에는 글리세릴 에스테르라는 화합물이 포함되어 있다. 자연에서 발견되는 대부분의 글리세릴 에스테르는 한 종류 이상의 카르복실기를 가지고 있는데 이러한 에스테르 화합물을 염기용액과 함께 가열하면 글리세롤과 지방산 염으로 가수분해 된다. 이러한 과정을 비누화 반응(saponification) 이라고 한다. 이 과정의 역반응은 에스테르화 반응이라고 한다.위 그림에서 n은 고급지방산의 산기로서 탄소 6개 이상의 지방산이 사용된다.비누는 대표적인 계면활성제로서 분자의 한쪽에는 친수성기가 있고 반대쪽에는 친유성기(소수성기)를 가지고 있다. 비누 분자내의 소수성 탄화수소 부분은 지방질 성분과 결합하여 미셸(micell)을 형성하게 된다. 미셸 표면의 친수성인 카르복실기는 주위의 물 분자와 상호 작용을 통해 옷이나 피부로부터 더러운 지방질 성분을 떼어내게 된다.? 에스테르, 카르복실산, 알콜의 구조와 특징1) 에스테르산과 알코올에서 물을 제거할 때 생성하는 화합물 및 이론상 이에 해당하는 구조를 가진 화합물. 즉 산의 수소원자를 탄화수소기 R와 치환한 것.에스테르는 가수분해로 산과 알코올이 생기고(비누화), 알코올·카르복시산 또는 다른 에스테르와의 사이에서 에스테르 교환을 한다. 2가 이상의 산에는 중성에스테르와 산성에스테르가 있다. 또 2가 이상의 알코올에는 중성에스테르와 알코올성 에스테르가 있다. 중성에스테르는 일반적으로 물에 녹기 어렵지만 유기용매에는 녹기 쉽고 휘발성으로서 향기 좋은 중성 액체이다. 산성에스테르는 비휘발성이며 물에 녹아서 산성을 나타내고 염기와는 염을 만든다.2) 카르복실산카르복실산은 분자구조 내에 카복실기(COOH)를 가지고 있는 유기화합물을 말한다. 일반적인 형태는 RCOOH로, 다양한 R의 구조에 따라 분류 가능하다. 흔히 접할 수 있는 카복실산으로 자연계에서는 단백질을 구성하는 아미는 카복실레이트라고 부른다.3) 알코올탄화수소의 수소원자가 하이드록시기(-OH)로 치환된 화합물의 총칭이다. 분자량이 작은 알코올은 상온에서 액체로 존재하며, 분자량이 큰 알코올은 고체로 존재하기도 한다. 일반식 ROH(R=알킬기)로 나타내며, 하이드록시기(-OH)를 한 개 가지면 1가 알코올, 2개 가지면 2가 알코올, 3개 가지면 3가 알코올이라 한다. 대표적 예로 메탄올, 에탄올이 있다.? 에멀젼, 에멀젼화제에멀젼(emulsion)은 유탁액이라고도 불리며 서로 용해하고 화합하지 않는 2개의 액체 중에 하나가 다른 하나의 액체 속에 미립자로 되어 분산되어 있는 것을 말한다. 흔들어 섞어서 만든 에멀젼은 일반적으로 불안정하여 방치해 두면 다시 두 액상으로 갈라지는 경우가 많다. 이것을 안정화하기 위해 첨가하는 것이 에멀션화제이다. 에멀젼의 종류로는 물 속에 기름이 분산한 O/W형, 기름 속에 물이 분산한 W/O형 에멀션이 있다. 이 두 형을 식별하는 데는 현미경에 에멀션을 한 방울 떨어뜨리고, 물 또는 기름을 한 방울 접촉시켜 물과 자유로이 섞이면 O/W형, 기름과 쉽게 섞이면 W/O형으로 한다. 에멀션화제는 서로 혼합하지 않는 두 종의 액체를 안정한 에멀션(유탁액)으로 만드는 제3의 물질이다. 유화제라고도 하며 계면활성제로서 기능한다. O/W형에는 친수성이 에멀션화제가 알맞으며 W/O형에는 유성인 에멀션화제를 사용한다.? 계면활성제와 비누계면활성제는 서로 다른 성질의 물질이 만나는 면(표면 또는 계면)에서 활성화된 물질로, 물과 기름처럼 서로 섞이지 않은 경계면에서 활동할 수 있는 분자를 말한다. 계면활성제는 분자 내에 극성인 부분과 비극성인 부분이 함께 존재한다. 계면 활성제는 그 종류가 매우 많다. 세제, 비누 등이 대표적인 예이다. 비누나 세제 같이 때를 제거하는 기능처럼 물의 계면에서 독특한 작용을 나타내는 물질을 계면 활성제라 한다. 비누는 긴 사슬을 갖는 카르복실 산의 음이온과 나트륨이온 혹은 칼륨 이온이 이루는 염으로 구성되어 긴 꼬리 부분은 리 부분이 기름때를 둘러싸고 머리 부분이 바깥을 향하여 물에 녹아들어 간다.? 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 양성 계면활성제, 비이온성 계면활성제물과 상호작용을 하는 머리 부분이 음이온을 가지고 있으면 음이온계 계면활성제, 물과 상호작용을 하는 머리 부분이 양이온을 가지고 있으면 양이온계 계면활성제라 한다. 양성 계면활성제는 이온성 계면 활성제의 하나로 양쪽성 전해질의 성질이 있는 계면활성제이다. 양성 계면활성제는 이온성 계면 활성제의 하나로 양쪽성 전해질의 성질이 있는 계면활성제이다. 분자 내에 음이온과 양이온을 모두 가지며 일정한 등전점이 있다. 비이온성 계면활성제는 분자 내에 이온화하는 원자단을 가지지 않으며 수용액으로 되어도 해리되지 않는 계면 활성제를 말한다.? CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 구조식과 성질CTAB는 Cetyltrimethylammonium bromide의 약자이다.분자식C _{19} H _{42} BrN , 분자량 364.45g/mol, 녹는점 237-243℃구조식? 미셸(micelle)의 구조와 형성 원리 (구조포함)micelle은 양친매성 분자가 용액 내에서 위치하는 구조를 지칭한다. 양친매성 분자란 소수성(비극성)과 친수성(극성)의 성질을 동시에 가지고 있는 분자이다. 양친매성 분자의 구조는 다음과 같다.동그란 부분을 친수성(극성),막대부분이 소수성(비극성)이다.micelle의 형성 원리는, 양친매성 분자를 물속에 풀어주면 친수성 머리는 물 분자와의 친화력 때문에 바깥쪽에, 소수성 꼬리는 안쪽에 위치하게 되어 구형상이 된다.? 센물과 단물의 차이점센물은 칼슘이온 및 마그네슘이온의 함유량이 많은 물, 단물은 칼슘이온이나 마그네슘 이온의 함유량이 적은 물을 의미한다. 센물에 포함된 칼슘이온, 마그네슘이온은 물의 이용에 많은 어려움을 준다. 먼저 단물에 비누를 풀면 비누분자가 쉽게 이온화되어 잘 섞이지만, 센물에 비누를 풀면 칼슘이온이나 마그네슘이온이 비누와 반응하여 침전물이 만들어지면서분히 해내지 못한다. 또 칼슘이온이나 마그네슘이온의 염은 높은 온도에서 물에 잘 녹지 않고 밑으로 가라앉기 때문에, 보일러에 센물을 사용하면 고온에서 생긴 침전물이 관 벽에 쌓이면서 보일러의 효율을 떨어뜨린다. 또한 센물을 장기간 마시면 복통이나 설사를 유발하기도 한다.이러한 센물을 그대로 이용하지 않고 단물로 바꿔 사용하면 문제점을 해결할 수 있다. 칼슘이온, 마그네슘이온이 탄산염의 형태로 물에 녹아있는 경우, 이 물을 끓이면 열분해가 일어나면서 칼슘이온, 마그네슘이온을 포함하는 침전물이 만들어진다. 따라서 물 속에 존재하는 칼슘이온과 마그네슘 이온의 양이 줄어들어 단물이 된다.Ca(HCO _{3} ) _{2} `(aq)````` -> ````CaCO _{3} (s)`+`H _{2} O`(l)+`CO _{2} (g)Mg(HCO _{3} ) _{2} `(aq)````` -> ````MgCO _{3} (s)`+`H _{2} O`(l)+`CO _{2} (g)영구센물은Ca ^{2+} 나Mg ^{2+}가 황산염이나 염화물로 존재하기 때문에 끓여도Ca ^{2+} 나Mg ^{2+}가 침전물이 생기지 않아 단물로 만들 수 없다. 영구 센물은 물속에 탄산나트륨과 같은 약품을 가하여 칼슘이온이나 마그네슘이온을 침전시키거나 이온교환 수지에 통과시켜 단물로 만들어야 한다. 센물은 비누의COO ^{-}기의 특징으로Ca ^{2+} 이온과 앙금을 형성하여 비누의 특징이 사라져 거품이 잘 안나고 세척력이 떨어진다. 센물의 예로는 지하수, 샘물 등이 있고 단물의 예로는 증류수 빗물, 수돗물 등이 있다.3. 실험 방법1) 비누 만들기① 식용유 10 mL, 에틸알콜 8 mL, 25% NaOH 용액 8 mL를 250 mL 삼각플라스크에 넣는다.② 비등석이 담긴 1 L 비커에 물을 약 500~600 mL정도 채운다.③ 비커에 250 mL의 삼각플라스크를 넣어 물중탕을 한다.( 석면을 놓고, 그 위에 비커를 올려놓고 끓이면서 클램프에 삼각플라스크를 높이를 조절하여 단단히 고정한다. )④ 유리막대를상 충분히 물중탕으로 끓여주고 유리막대를 저을 시에는 면장갑을 착용한다.)⑤ 반응이 끝난 뒤 250 mL 삼각플라스크를 꺼내 개수대에서 찬물을 이용하여 빠르게 실온으로 냉각시킨다.⑥ 플라스크에 10% 소금물(NaCl 용액) 60mL을 넣어준다. 이 때, 비누가 위에 떠오른다.⑦ 삼각 플라스크 안의 비누를 모두 건져 진공여과장치로 여과한다.⑧ 여과된 비누의 무게를 측정한다.⑨ 여과시킨 비누 일부를 증류수에 녹여 pH를 측정한다.⑩ 여과시킨 비누 일부를 이용해 거품 등 비누가 형성되었는지를 확인한다.2) CTAB를 이용한 에멀젼 만들기* 계면 활성제가 없는 에멀젼① 증류수 3 mL와 톨루엔 3 mL를 10 mL 메스실린더에 넣는다. 물과 유기층이 확실하게 구분되면, 각 층의 부피와 혼탁 정도를 기록한다.② ①의 메스실린더에 2-프로판올을 1 mL넣어준다. 유리 막대로 천천히 섞어준다.(유리막대로 살살 저어주어 메스실린더가 깨지지 않게 조심한다.)③ 위의 실린더를 30분간 방치한 후에 물과 톨루엔의 경계면 유무와 혼탁도에 대해서 적는다.* 계면 활성제가 있는 에멀젼① 물 3 mL, 0.5% CTAB 수용액 3 mL를 10 mL 메스실린더에 넣은 후에 톨루엔 3 mL를 넣어준다. (유리막대를 사용하여 천천히 섞어준다.)② 메스실린더에 2-프로판올을 1 mL를 넣어준다. 유리 막대로 천천히 섞어준다.③ 실린더를 30분간 방치한 후에 물과 톨루엔의 경계면 유무와 혼탁도에 대해 기록한다.④ 위와 같은 방법으로 10% CTAB 수용액 3 ml에 대해서도 실험을 실시한다.⑤ CTAB와 비교하기 위해 비눗물 3 ml에 대해서도 위와 같은 방법으로 실시한다.*** 실험 2) CTAB를 이용한 에멀젼 만들기 정리 **** 계면 활성제가 없는 에멀젼메스실린더 1 : 물 3 ml + 톨루엔 3 ml + 2-프로판올 1 ml* 계면 활성제가 있는 에멀젼메스실린더 2 : 물 3 ml + 0.5% CTAB 3 ml + 톨루엔 3 ml + 2-프로판올 1 ml메스실린더 3 : 물 3 ml +l

자연과학| 2021.01.04| 6페이지| 1,500원| 조회(676)

비누, 계면활성제, 건국대, 건국대학교, 비누만들기, 화학및실험2

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