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자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법 평가B괜찮아요

(결과 레포트)자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법(실험일: 2015.04.28 , 제출 : 2015.04.27.)1. 실험 제목 : 자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법(실험일: 2015.04.28. 제출일: 2015.04.27.)3. 실험 결과 :(1) HCl 의 파장과 흡광도lambda _{max} (HC`l)=596nm````,`흡광도`:`1.192448(2) NaOH 의 파장과 흡광도lambda _{max} (NaOH)=431nm```,`흡광도`:`0.438303(3) 완충용액 의 파장과 흡광도lambda _{max} (완충용액)`=`596nm```,`흡광도`=`0.745636HClNaOH완충용액lambda _{max} (HC`l)=596nm1.1924480.0302030.745636lambda _{max} (NaOH)=431nm0.0973770.4383030.266135lambda _{max} (완충용액)=596nm1.1924480.0302030.745636- 흡광계수를 구해보자.흡광계수`( epsilon _{HA} , epsilon _{A ^{-}} )##epsilon _{HA} = {A _{HA}} over {C _{0} TIMES d} `,` epsilon _{A ^{-}} = {A _{A ^{-}}} over {C _{0} TIMES d} `(d=1cm,C _{0} =3 TIMES 10 ^{-5} M)1) 596nmHC`l의`흡광도`(A _{HA} ):1.192448##NaOH의`흡광도`(A _{A ^{-}} ):0.030203##완충용액의`흡광도`(A)`:`0.745636##epsilon _{HA} = {1.192448} over {3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} =0.39748 TIMES 10 ^{5}##epsilon _{A ^{-}} = {0.030203} over {3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} =0.010068 TIMES 10 ^{5}2) 431nmHC`l의`흡광도`(A _{HA} ):0.097377##NaOH의`흡광도`(A _{A ^{-}} ):0.438303##완충용액의`흡광도`(A)`:`0.266135##epsilon _{HA} = {0.097377} over {3 TIMES 10 ^{-5}} =0.032459 TIMES 10 ^{5}##epsilon _{A ^{-}} = {0.438303} over {3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} =0.14610 TIMES 10 ^{5}3) 596nmHC`l의`흡광도`(A _{HA} ):1.192448##NaOH의`흡광도`(A _{A ^{-}} ):0.030203##완충용액의`흡광도`(A)`:`0.745636##epsilon _{HA} = {1.192448} over {3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} =0.39748 TIMES 10 ^{5}##epsilon _{A ^{-}} = {0.030203} over {3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} =0.010068 TIMES 10 ^{5}-alpha 를 구하고 티몰블루의K _{a} 와pK _{a}를 구한다.BULLET C _{A ^{-}} = {A- epsilon _{HA} TIMES C _{0} TIMES d} over {d( epsilon _{A ^{-}} - epsilon _{HA} )}##BULLET a= {C _{A ^{-}}} over {C _{0}}##BULLET K _{a} = {C _{H ^{+}} TIMES a} over {1-a} ``(C _{H ^{+}} ^{} =1 TIMES 10 ^{-9} )##BULLET pK _{a} =-logK _{a}1) 596nmC _{A ^{-}} = {0.745636-0.39748 TIMES 10 ^{5} TIMES 3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} over {1(0.010068 TIMES 10 ^{5} -0.39748 TIMES 10 ^{5} )} =1.1533 TIMES 10 ^{-5}a= {1.1533 TIMES 10 ^{-5}} over {3 TIMES 10 ^{-5}} =0.38443K _{a} = {1 TIMES 10 ^{-9} TIMES 0.38443} over {1-0.38443} =6.2451 TIMES 10 ^{-10}pK _{a} =-log(6.2451 TIMES 10 ^{-10} )=9.202) 431nmC _{A ^{-}} = {0.266135-0.032459 TIMES 10 ^{5} TIMES 3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} over {1(0.14610 TIMES 10 ^{5} -0.032459 TIMES 10 ^{5} )} =1.4850 TIMES 10 ^{-5}a= {1.4850 TIMES 10 ^{-5}} over {3 TIMES 10 ^{-5}} =0.495K _{a} = {1 TIMES 10 ^{-9} TIMES 0.495} over {1-0.495} =9.8020 TIMES 10 ^{-10}pK _{a} =-log(9.8020 TIMES 10 ^{-10} )=9.013) 596nmC _{A ^{-}} {0.745636-0.39748 TIMES 10 ^{5} TIMES 3 TIMES 10 ^{-5} TIMES 1} over {1(0.010068 TIMES 10 ^{5} -0.39748 TIMES 10 ^{5} )} =1.1533 TIMES 10 ^{-5}a= {1.1533 TIMES 10 ^{-5}} over {3 TIMES 10 ^{-5}} =0.38443K _{a} = {1 TIMES 10 ^{-9} TIMES 0.38443} over {1-0.38443} =6.2451 TIMES 10 ^{-10}pK _{a} =-log(6.2451 TIMES 10 ^{-10} )=9.20- 참고 문헌을 활용하여 이론값을 구해보자.그림 4 티몰블루 수용액의 가시광선 흡수 스펙트럼 ()1)lambda =470nm (이론값)A _{HA}=0.287 ,A _{A ^{-}}=0.105 ,A=0.198RARROW K _{a} =9.57 TIMES 10 ^{-10} mol`l ^{-1} ,`pK _{a} =9.022)lambda =640nm (이론값)A _{A ^{-}}=0.254 ,A=0.127RARROW 해리도(a)=0.50`,`K _{a} =1.00 TIMES 10 ^{-9} mol`l ^{-1} ,`pK _{a} =9.00THEREFORE 모든 파장에서 구한 평균값은pK _{a} =9.01`이고,`이는`T=293K에서 구한 문헌값pK _{a} =9.00에 잘 일치한다.- 이론값과 실험값을 비교해 보자.실험값의pK _{a} 평균은{9.20+9.01+9.20} over {3} =9.14 이므로 위에서 구한 이론값의 평균값인 9.01 과의 오차율은{9.14-9.01} over {9.01} TIMES 100=1.44% 의 오차를 보인다.4. 토의 및 고찰이번 실험은 가시광선 분광기를 이용하여 약산성을 띠는 지시약의 해리상수를 측정하는 실험이었다. 지시약으로 티몰블루 수용액을 사용했다. 각 용액들은 산성에서 노란색, 염기성에서 진한 푸른색, 완충용액에서는 두 가지가 섞인 색으로 관찰됐다. 티몰블루는 수용액 상태에서 약한 산성을 띠며 해리되는데 이때 이온화 되지 않는 물질은 가시광선 영역에서 최대 흡광도를 나타낸다. 이러한 특징을 이용하여K _{a`}와pK _{a}를 계산하였다. 그 값은 이론값과 약간의 오차를 가지고 있었다. 오차가 발생한 이유에 대해 생각해 보자. 우선 농도를 맞추는 과정에서, 물질의 무게를 잘못 측정했거나 정확한 부피의 용매를 맞추지 못하여 오차가 생겼을 가능성이 있다. 용액을 큐벳에 넣고 스펙트럼을 얻는 과정에서 큐벳에 이물질이 포함되어 정확한 스펙트럼을 얻지 못했을 수도 있다. 또 큐벳에 물방울이 남아있어 농도를 약간이라도 변화시켜 오차에 영향을 줬을 가능성이 있다. 또한 티몰블루가 용해되는 과정에서 완벽하게 용해되지 않았을 가능성도 있다.

공학/기술| 2016.03.21| 7페이지| 2,000원| 조회(227)

물리화학, 신소재, 화학공학, 공대, 자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산

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자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법

(예비 레포트)자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법(실험일: 2015.04.28 , 제출 : 2015.04.27.)1. 실험 제목 : 자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산의 해리상수 결정법(실험일: 2015.04.28. 제출일: 2015.04.27.)3. 실험 목적 : 가시광선 분광기를 이용하여 약산성을 띠는 지시약의 해리상수를 측정한다.4. 실험 이론 및 배경 :(1) 복사선의 흡수 : 자외선, 가시광선과 같은 복사선이 투명한 물질층을 통과하는 경우 특정 주파수의 복사선 세기가 선택적으로 감소되는 경우가 있는데. 이러한 현상을 ‘흡수’라고 한다. 이때 복사선 에너지의 일부는 물질의 원자 또는 분자로 이동되고 그 결과 입자는 바닥 에너지 상태에서 높은 에너지 상태, 즉 들뜬 상태로 된다. 들뜬 상태의 수명은 대단히 짧으므로 (10 ^{-8}~~10 ^{-9}초) 곧 몇 단계의 이완과정을 거쳐 에너지를 잃어버리는데 가장 일반적인 이완과정은 들뜬 에너지가 열로 변환되는 경우이다. 열에너지는 일반적으로 검출할 수 없을 정도로 작다. 이완과정에서 새로운 화학종을 생성하는 수도 있고 형광 또는 인광의 방출과정을 거치는 수도 있다.(2) 분광 법칙 :수용액 중의 용질의 농도를 알아 내기 위한 기기 분석 방법 중의 하나로 분광분석법이 널리 사용되고 있다. 분광분석법은 물질이 특정한 파장에 해당하는 전자기 복사선을 얼마나 흡수 혹은 방출하는가를 이용하여 그 물질의 농도를 측정하는 방법이다. 모든 화합물은 저마다의 고유한 전자 구조로 이루어져 있기 때문에 전자기 복사선을 흡수하는 특성이 다르게 나타난다. 분자는 그것을 이루고 있는 전자들의 에너지 준위 차이와 같은 에너지를 가지는 빛을 흡수한다. 이러한 성질을 이용하여 물질이 흡수하는 빛의 파장과 그 크기에 의해 그 물질의 종류와 용액 중에 포함된 그 물질의 농도를 알아낼 수 있다.전자 전이에 의해 일어나는 빛의 흡수 에너지는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.TRIANGLE E=hv=hc/ lambda (지는 진동수나 파장 단위로 측정될 수 있으나 실제적으로는 빛의 흡수에너지, 즉 흡수파장과 흡수강도를 나타내는 흡수띠의 세기로 나타낼 수 있다. 이러한 흡수띠 세기는 빛의 흡광도 또는 투광도로 측정되는데 이 성질은 전자전이의 특성뿐 아니라 흡수물질의 농도와도 관계가 있다. 일정한 파장의 빛이 시료 분자에 흡수될 때 고려되는 정량적 기본 법칙 중 lambert beer 법칙에 대해 알아보도록 하자.(3) lambert beer 법칙 :lambert 법칙 : 액체상태의 시료를 투명한 큐벹에 담아 빛을 투과시켜 변화된 빛에너지를 측정한다. 그림 1과 같이 빛의 세기가 l인 빛이 두께가 b인 물질층을 통과할 때 빛의 흡수로 인한 빛의 감소는 다음과 같이 수식으로 나타내어 진다.그림 1 dl = -kldb 여기에서 k는 비례상수, -부호는 세기의 감소를 의미한다. 이 식은 다시 다음과 같이 쓸 수 있다. dl/l= -kdb. 이 식은 흡수된 빛의 분율은 통과되는 물질층의 두께에 비례함을 의미한다. b가 0일 때 입사광의 세기를 l0 이라고 하고 윗 식을 적분하면 다음과 같다. log lt/l0 = -kb/2.303beer 법칙 : Beer 법칙은 물질의 농도와 흡수되는 빛과의 관계 법칙이다. 흡수된 빛의 분율은 물질의 농도에 비례한다는 것을 의미한다. 같은 부피 내에서 시료 용질의 농도를 증가시키는 것은 물질의 두께를 증가시키는 것과 같은 효과가 있다. 따라서 위의 식 k는 농도 C에 비례하게 됨을 뜻한다. 위의 두식으로부터 Lambert-Beer 법칙의 관계식을 얻을 수 있다. log lt/l0 =abC 여기에서 lt/l0을 투광도 라고하면, log 1/T = abC 가 되는데, 보통 투광도는 %T로 나타낸다. 한편, log 1/T를 흡광도라고 한다. 따라서 정량 분석에서 실제 응용하는 Lambert-Beer 법칙 관계식은 다음과 같다. A=abC 또는 A=epsilon `bC 여기에서 b는 실제 흡수 용기의 두께이며 단위는 cm이다. a는 농도기 g/L일 때의 상수로 상수로서 몰 흡수 계수라 한다.(4) 해리 평형 : 해리란 분자가 원자나 이온, 더 작은 분자로 나뉘는 화학적 현상이다. 해리 상수는 이온화 반응의 평형 상수를 뜻한다. 해리 평형이란 물질이 해리도리 때, 해리되는 물질과 해리되어 생기는 물질 사이의 평형을 말한다.화학에서 해리상수 또는 이온화 상수는 이온화 반응의 평형상수로서 기호K _{d}로 나타낸다.A _{x} B _{y} LRARROW xA ^{+} +yB ^{-}위 반응에서 전해질 AB가 수용액 속에서 평형을 이뤘을 때, 각 물질의 농도를[A _{x} B _{y} ],[A ^{+} ],[B ^{-} ]라고 하면, 이 반응의 이온화 상수는K _{d} = {[A ^{+} ] ^{x} [B ^{-} ] ^{y}} over {[A _{x} B _{y} ]}가 된다.K _{d}값은 그냥 쓰기엔 너무 작은 수이므로 보통은 역로그 값을 취해 사용하고pK _{d}로 표시한다.pK _{d} =-logK _{d}.(5) 흡광도 : 용액의 빛을 흡수하는 정도를 나타내는 양이다. 같은 두께의 순용매 및 용액의 투과광 강도를 각각I _{0} ,I 라 할 때,log( {I _{0}} over {I} )으로 정의된다. 넓은 뜻으로는I _{0}를 입사광의 강도,I를 기체, 액체, 고체 물질을 투과한 빛의 강도로 잡을 수 있다.(6) 산, 염기 적정 : 산의 농도나 염기의 농도를 모를 때, 정확한 농도를 알고 있는 염기나 산의 표준용액으로 중화반응을 진행시켜서 그 농도를 알아내는 방법이다. 지시약을 사용해서 중화반응을 알고, 중화에 필요한 표준용액의 양으로부터 시료 중의 산 또는 염기의 농도를 알 수 있다. 중화반응이 진행 되는 과정에서의 pH 변화를 나타낸 곡선을 중화적정곡선이라고 한다. 반응하는 산, 염기의 세기에 따라 사용할 수 있는 지시약이 다르다.(7) 완충 용액 : 일반적으로 약산에 그 짝염기를, 또는 약염기에 그 짝산을 약 1:1의 몰수 비로 혼합하여 만든 용액으로, 완충 용액에 소량의 산이나 염기를 가해도 pH가 거aq) LRARROW CH _{3} COO ^{-} (aq)+H ^{+} (aq)-산(H ^{+})을 넣을 때 : 용액 속에H ^{+}이 증가한다.-> 평형이 역반응 쪽으로 이동하여 가한 수소이온의 대부분이CH _{3} COO ^{-}과 반응하여CH _{3} COOH이 된다.-> 용액의 pH는 거의 변하지 않는다.-염기(OH ^{-})를 넣을 때 : 용액 속에OH ^{-}가 증가한다.-> 가한OH ^{-}의 대부분이CH _{3} COOH과 중화반응을 하여 소모된다.-> pH에는 거의 변화가 없다.5. 장치 및 시약 :(1) 가시광선 분광기-원리 : 원자나 분자기 외부에서 에너지를 받으면 여러 가지 현상을 일으키는데, 이때 에너지의 크기에 따라 그 현상은 다르며 보통 빛 이라고 부르는 전자기 복사중에서 그 파장의 범위가 약 100nm에서 1000nm에 이르는 자외선-가시광선의 에너지는 원자나 분자 오비탈에 있는 전자들을 전이 시키는데 충분한 에너지이다. 다시말하면, 바닥상태에 있는 원자나 분자가 자외선 및 가시광선을 흡수하면 전자전이 현상이 일어난다. 또 원자나 분자는 그 종류에 따라 서로 다른 특정한 파장의 자외선이나 가시광선을 흡수하면서 전자 전이를 일으킨다. 따라서 흡수하는 파장을 알게 되면 그 원자 또는 그 분자가 어떤 것인지를 알아낼 숭 있다. 그리고 흡수하는 빛의 양 즉 흡광도를 알면 그 원자나 분자의 농도도 결정할 수 있게 된다.분자의 에너지는 회전에너지, 진동에너지, 전자에너지로 나눌 수 있다. 자외선-가시광선은 에너지로 환산할 경우, 전자에너지에 해당한다. 즉 UV-Vis 흡수는 분자내의 전자, 특히 원자의 전자가 전이를 일으킨다. 이런 전자 전이는 분자내의 구조, 전자, 즉 분자의 화학결합상태 및 기하학적 구조의 특징에 따라 흡수되는 빛 에너지의 크기 및 세기가 다르게 나타난다.-기기 구성요소(그림2 참고) :1.광원(Source) : 분광광도계는 자외선 영역에서 유용한 빛의 세기를 제공하는 중수소 아크램프와 가시광선 영역과 근적외선 영역에서 .2. 시료부(cell) : 셀은 시료를 담는 용기로서 셀 자체가 빛을 흡수한다면 시료의 흡광도 측정에 오차가 생기므로 이상적인 셀은 측정하는 파장에서 완전히 빛을 투과 시켜야 한다.3. 다색화장치(Polychromator) : 다색화 장치는 시료 부에서 시료가 흡광을 하고 나온 가시-자외선 영역의 다색 광을 입사슬릿에서 광폭을 조절하고 분산장치에서 파장 별로 분산을 시키는 역할을 한다.4.검출기 (Detector) : 검출기는 다색화 장치를 통과한 다색 광 신호를 전기적 신호로 바꾸어 데이터 처리 시스템으로 보내는 역할을 한다. 검출기의 종류로는 PMT방식이나 최근 전 파장 스캔이 가능한 다이오드 어레이 검출방식이 널리 이용되고 있다.그림 2 가시광선 분광기(2) 티몰블루 용액 : 티몰블루는 지시약 중 하나이다. 변색범위는 pH 1.0~2,0에서 빨간색, pH 2.6~8.0에서 노란색, pH 9.6 이상에서는 파란색으로 변색 된다.(3) NaOH : 분자량은 39.997g/mol 이다. 대표적인 강염기로 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관해야 한다. 수산화나트륨은 강염기로 다른 물질을 잘 부식시키는 위험한 물질이다. 단백질도 가수분해하기 때문에 손으로 직접 만지는 것은 좋지 않다. 수산화나트륨은 고체 결정 상태이기 때문에 화학 반응시에는 주로 물에 녹여 수용액을 만들어 사용하는데, 이때 많은 열을 발생시키므로 주의해야 한다. 만들어진 수용액을 산성용액과 반응시킬 때에도 많은 열을 발생하므로 묽게 하여 사용해야 한다.타는 동안 열분해 또는 연소에 의해 자극적이고 매우 유독한 가스가 발생될 수 있다. 가열시 용기가 폭발할 수 있고 일부는 금속과 접촉시 가연성 수소가스를 생성할 수 있다. 적절한 보호의를 착용하지 않고 파손된 용기나 누출물에 손대지 말아야하고 용이게 물이 들어가지 않도록 해야한다. 누출물은 부식성/독성이며 오염을 유발할 수 있다. 불활성 물질로 엎지른 것을 흡수하고, 화학폐기물 용기에 넣어야 한

공학/기술| 2016.03.21| 6페이지| 2,000원| 조회(241)

물리화학, 신소재, 화학공학, 공대, 자외선-가시광선 분광법을 이용한 약산

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conjugation 염료의 흡수 스펙트럼의 측정법 설계 및 분석 (예비)

(예비 레포트)Conjugation 염료의 흡수 스펙트럽의 측정(실험일: 2015.04.28. , 제출 : 2015.04.27.)1. 실험 제목 : Conjugation 염료의 흡수 스펙트럼의 측정(실험일: 2015.04.28. 제출일: 2015.04.27.)3. 실험 목적 : 2개의 대칭 polymethane 염료들의 가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하고 측정한 스펙트럼을 자유 전자모델을 이용하여 해석한다.4. 실험이론 및 배경(1) 분자 궤도함수 이론 : 분자 궤도 함수란 분자 오비탈로서, VSEPR이론을 보완할 수 있는 수단이다. 분자 사이의 결합을 시그마 결합이나 파이 결합으로 나타낸다. 시그마 결합은 S오비탈과 S오비탈, 또는 S오비탈과 P오비탈, P오비탈과 P오비탈 사이에서 생기는 결합이다. 파이 결합은 평행된 P오비탈 사이에서 생기는 약한 결합이다. 결합의 중심 원자는 결합된 원자 수에 따라sp ^{n}혼성 오비탈을 가진다. VSEPR이론으로는 분자의 대략적인 구조나 각 원자의 위치만을 알 수 있지만, 분자궤도함 수 즉, 분자 오비탈로는 원자 사이의 결합각이나 전자의 존재 확률 또한 계산해 낼 수 있다. 전자의 위치는 확률적으로만 결정된다. 이 확률은,psi ^{n}으로서, 파동함수의 제곱으로 나타낸다. 파동함수의 해로 구하는 값은 물리적 의미가 없기 때문에, 제곱으로서 확률을 구하게 된다. 공유 결합의 형성을 원자 궤도함수 (파동 함수) 들이 수학적으로 조합되어 분자 궤도함수를 형성하는 것으로 설명된다. 각각의 원자 그 자체보다는 오히려 분자 전체에 속한 것이기 때문에 분자 궤도 함수라고 부른다. 원자 주변에서 전자를 발견할 수 있는 영역을 원자 궤도함수로 표현하는 것처럼 분자에서 전자를 발견할 수 있는 영역을 분자 궤도함수로 설명한다.분자궤도함수는 2개 이상의 원자궤도함수의 결합 혹은 상호작용에 의해 생성된다. 궤도함수의 수는 보존된다. 초기에 사용되는 원자궤도함수의 수와 형성된 분자궤도함수의 수가 같다. 분자궤도함수의 특성은 원자궤도함수와 비슷하한 힘을 받지 않아도 자유로이 움직일 수 있는 전자를 말한다. 자유전자모델이란 파이전자의 에너지 준위를 근사적으로 계산할 때에 이용되는 모형이다. 즉, 짝이중 결합계의pi 전자의 에너지 준위를 근사적으로 계산할 때에 채용된 모형이다. 불포화 결합이 공액하고 있을 때pi 전자가 자유 전자적인 성질을 나타내는 것에 주목하여 금속의 자유 전자 모형과 같은 모형을 폴리메틴 색소 이온, 폴리엔 분자 등에 적용하여 그 전자 스펙트럼의 설명에 성공했다. 즉, 밑변의 길이L인 1차원의 상자 모양 퍼텐셜장 안에서 자유롭게 움직이는 입자계에 대해서 파동 방정식을 풀면, 에너지 준위E _{n}은E _{n} = {n ^{2} h ^{2}} over {8mL ^{2}} (n=1,2,3,...) 으로 구해진다. 여기에서 m은 입자의 질량, h는 플랑크 상수이다. 지금 2n개의pi 전자를 포함한 짝이중 결함계를 생각하면, n번째의 준위까지 전자가 가득차므로 최장 파장의 전자 스펙트럼은E _{n}과E _{n} +1준위간의 전이에 대응하게 된다. 이와 같은 간단한 모형에 의해 계산된 전이 에너지는L이 다른 여러 가지 사슬 길이의 짝이중 결합계의 전자 스펙트럼의 측정 결과를 계통적으로 만족하게 설명할 수 있다는 것을 보여 주었다. 이와 같은 자유 전자적 취급은 벤젠, 나프탈렌 등의 방향족 탄화수소의pi 전자 상태의 이론적 연구에도 적용되어 많은 성공을 거두고 있다. 또, 1차원 상자 모양에 퍼텐셜장을 다소 복잡하게 하여 주기성을 가진 퍼텐셜장으로 바꿔놓는 것 및 전자간의 상호작용을 고려하는 것 등, 여러 가지 면에서의 개량도 시도되고 있다.그림 1위의 그림을 참고로, 퍼텐셜 에너지는 사슬을 따라 일정하게 변함이 없다가 각 끝에서 무한대로 급격히 증가한다. 밑변의 길이가 L인 1차원의 상자 모양 퍼텐셜 에너지장 안에서 자유롭게 움직이는 입자계에 대해서 파동방정식을 풀면 에너지준위를 구할 수 있다.(3) Conjugation : 2개 이상의 이중 결합이 단일 결합을 하나씩 사이에 끼고 존재하며,반면에, 그림 3은 Penta-1,4-diene으로, 이중 결합과 단일 결합이 교대로 있지 않으므로 conjugation 됐다고 할 수 없다.그림 4를 살펴보자. 두 분자의pi 분자 궤도 함수를 비교함으로 부분적인 이중결합을 가지고 있는 conjugation diene이 conjugation되지 않은 diene보다 더 안정함을 알 수 있다. C2-C3 결합이 이중결합의 성격을 지니고 결합을 강하게 만든다. 또,pi 전자는 전체의그림 4pi 골격을 통해서 퍼져있거나 비편재화 되어 있다.(5) 에너지 흡수에 따른 전자 전이 : 분자가 빛을 흡수하면 1개의 전자가 HOMO에서 LUMO로 들뜨게 되는데, 이때 흡수하는 빛의 파장(lambda )으로부터 HOMO와 LUMO의 에너지 간격을 알 수 있게 된다. 여기서 HOMO(highest occupied molecular orbital)란 최고 점유 분자궤도함수로서 전자가 채워진 가장 높은 에너지 준위에 해당되는 분자궤도함수이다. LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)은 최저 비점유 분자궤도함수로서 전자가 채워지지 않은 가장 낮은 에너지 준위에 해당하는 분자궤도함수이다. 에너지간격TRIANGLE E=hv=hc/ lambda 이다.스펙트럼의 자외선 영역에서 전자 전이의 결과로 에너지를 흡수하게 된다. conjugation dien에 자외선(hv)을 비추면 에너지를 흡수하거나 통과하고, 흡수된 에너지는pi 전자를 HOMO에서 LUMO로 들뜨게 한다. 이때 HOMO와 LUMO사이의 에너지 차이는 전자 전이에 필요한 파장이 된다. 한 화합물에 Conjugation 된 수가 많을수록, 그 화합물이 흡수하는 빛의 파장은 길어진다. (Edownarrow ) 또,pi 결합개수가 증가할수록 바닥 상태와 들뜬 삳태간의 에너지 차이가 감소하기 때문에 흡수는 더 긴 파장으로 이동하게 된다.이중 결합된 시스템에서 Conjugation의 정도가 증가하여 파장이 길어지는 것을 Bathochromic shift라한 상태에 있을 수 없다고 주장한 것이다. 배타원리는 전자를 포함하는 모든 종류의 입자에 대해서 일반화 되었다. 원자구성입자는 이들의 통계적인 거동에 따라서 2가지 종류로 나누어지는데 파울리의 배타원리가 적용되는 입자는 페르미온이라고 한다. 전자에 대해서 원자, 원자 내의 양성자나 중성자에 대해서 핵과 같이 밀폐된 계에서 페르미온들은 어느 순간에나 단지 하나의 상태만이 점유되도록 분포한다. 배타원리를 충족하는 입자는 특정의 스핀, 즉 고유의 각 운동량 값을 갖는데 페르미온 스핀은 항상 1/2의 홀수배이다. 원자에 대한 현대적 관점에 의하면 밀도가 높은 원자핵의 주위에 있는 공간은 각각 2개의 서로 다른 상태를 가질 수 있는 궤도함수로 이루어져 잇는 것으로 생각된다. 파울리의 배타원리는 만일 이 상태 중의 하나가 스핀 1/2의 전자로 점유되면 다른 것은 반대의 스핀, 즉 스핀-1/2의 전자로 채워져야 함을 의미한다. 반대의 스핀을 갖는 1쌍의 전자가 있는 궤도함수는 완전히 채워져 있어 어느 하나가 궤도함수를 빠져나가지 않으면 더 이상의 전자가 들어올 수 없다. 원자 내의 전자에 적용이 되는 배타원리에 대한 다른 표현은 2개의 전자가 4개의 양자수를 모두 동일하게 가질 수 없다는 것이다.5. 장치 및 시약(1) 가시광선 분광기-원리 : 원자나 분자가 외부에서 에너지를 받으면 여러 가지 현상을 일으키는데, 이때 에너지의 크기에 따라 그 현상은 다르며 보통 빛 이라고 부르는 전자기 복사중에서 그 파장의 범위가 약 100nm에서 1000nm에 이르는 자외선-가시광선의 에너지는 원자나 분자 오비탈에 있는 전자들을 전이시키는데 충분한 에너지이다. 다시 말하면, 바닥상태에 있는 원자나 분자가 자외선 및 가시광선을 흡수하면 전자전이 현상이 일어난다. 또 원자나 분자가 그 종류에 따라 서로 다른 특정한 파장의 자외선이나 가시광선을 흡수하면 전자전이를 일으킨다. 따라서 흡수하는 파장을 알게 되면 그 원자 또는 그 분자가 어떤 것인지를 알 수 있다. 그리고 흡수하는 빛의 양 즉 흡, 특히 원자의 전자가 전이를 일으킨다. 이런 전자 전이는 분자내의 구조, 전자, 즉 분자의 화학결합상태 및 기하학적 구조의 특징에 따라 흡수되는 빛 에너지의 크기 및 세기가 다르게 나타난다.-기기 구성요소(그림5 참고) :1.광원(Source) : 분광광도계는 자외선 영역에서 유용한 빛의 세기를 제공하는 중수소 아크램프와 가시광선 영역과 근적외선 영역에서 유용한 빛의 세기를 제공하는 텅스텐-할로겐 램프를 모두 사용한다.2. 시료부(cell) : 셀은 시료를 담는 용기로서 셀 자체가 빛을 흡수한다면 시료의 흡광도 측정에 오차가 생기므로 이상적인 셀은 측정하는 파장에서 완전히 빛을 투과 시켜야 한다.3. 다색화장치(Polychromator) : 다색화 장치는 시료 부에서 시료가 흡광을 하고 나온 가시-자외선 영역의 다색 광을 입사슬릿에서 광폭을 조절하고 분산장치에서 파장 별로 분산을 시키는 역할을 한다.4.검출기 (Detector) : 검출기는 다색화 장치를 통과한 다색 광 신호를 전기적 신호로 바꾸어 데이터 처리 시스템으로 보내는 역할을 한다. 검출기의 종류로는 PMT방식이나 최근 전 파장 스캔이 가능한 다이오드 어레이 검출방식이 널리 이용되고 있다.그림 5 가시광선 분광기(2) chloroform : 메테인에 들어 있는 3개의 수소를 염소로 치환한 화합물이다. 무색 투명한 액체이며 용매와 시약으로서 사용되고 환경에 해로운 것으로 알려져 있다. 화학식은CHCl _{3}, 분자량 119.38, 녹는점 -63.5DEG , 끓는점 61.2DEG , 비중 1.49845이다. 휘발성이며, 특이한 냄새가 나고, 약간 달면서 찌르는 듯한 맛이 난다. 에탄올이나 벤젠에는 녹지만, 물에는 잘 녹지 않는다. 액체인 클로로폼은 불연성이나, 증기는 연소한다. 공기와 빛에 의해 서서히 산화되어 독성이 매우 강한 포스젠을 생성하는데, 이것은 소량의 에탄올에 의해서 저지되므로 시중에서 판매되는 클로로폼에는 보통 0.5~1%의 무수 알코올이 첨가되어 있다. 산화를 방지하기 위해 갈색 병에생한다.

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conjugation 염류의 흡수 스펙트럼의 측정

(결과 레포트)Conjugation 염료의 흡수 스펙트럼의 측정(실험일: 2015.04.28. , 제출 : 2015.05.18.)1. 실험 제목 : conjugation 염료의 흡수 스펙트럼 측정(실험일: 2015.04.28. 제출일: 2015.05.18.)3. 실험 결과 :- 1,1‘-diethyl-2.2'-carbocyanine iodidepeak :lambda _{max}=422nm 일 때 가장 큰 값을 가진다.-1,1'-diethyl-4,4'-carbocyanine iodidepeak :lambda _{max}=486nm 일 때 가장 큰 값을 가진다.-pi -conjugation length가 길어짐에 따라 흡수 파장은 어떻게 변하는가?비편재화 되어 있는 것은 전자가 어느 한 위치에만 있는 것이 아니라 공평하게 존재함을 뜻한다. 자유 전자 모델 이론에 의하면 conjugation 정도가 증가할수록 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 차이가 감소한다. 1,1’-diethyl-4,4'-carbocyanine iodide는 분자 전체가 컨쥬게이션 되어 있기 때문에 1,1‘-Diethyl-2,2'-carbocyanine iodide 보다 컨쥬게이션 더 많다. conjugation 길이가 증가하여pi 전자들의 비편재화 영역이 증가되고, 밴드갭의 감소가 일어나서 흡광 영역이 파장이 긴 쪽으로 이동하게 된다. 그러므로 conjugation 길이가 증가하면, 긴 파장의 빛을 흡수하게 된다.밴드 갭(TRIANGLE E)과 파장의 관계를 살펴보자.v= {c} over {lambda } ````,``` TRIANGLE E=hv##THEREFORE TRIANGLE E= {hc} over {lambda }즉 밴드갭과 파장은 서로 반비례 관계에 있음을 확인할 수 있다.- 이론값과 실험값을 비교해보자.lambda = {8mcl ^{2}} over {h} {(p+3) ^{2}} over {p+4}식을 이용한다. 여기서l=1.39 dot{A} =0.139nm 이므로lambda /nm=63.7 {(p+3) ^{2}} over {p+4}가 되고, 1,1’-diethyl-4,4'-carbocyanine iodide 은 p=9이므로lambda _{max}=705.6nm 의 이론값을 갖는다. 실험값인 486nm와는 차이가 있는 값이다.4. 토의 및 고찰이번 실험은 가시광선 분광기의 작동원리에 대하여 숙지한 후,1,1‘-Diethyl-2,2'-carbocyanine iodide, 1,1’-diethyl-4,4'-carbocyanine iodide 염료의 가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하여 흡수 스펙트럼을 그린 후 최대 파장을 찾아보는 실험이었다. 각각 용액의 스펙트럼을 두 개씩 구한후, 흡광도의 차이가 적은 것으로 선택했다. 1,1‘-Diethyl-2,2'-carbocyanine iodide은lambda _{max}=422nm,1,1’-diethyl-4,4'-carbocyanine iodide 은lambda _{max}=486nm로 conjugation 길이가 증가하면 더 긴 파장의 빛을 흡수함을 알아 볼 수 있었다.실험값은 이론값과 차이가 있었는데 그 이유에 대해 생각해보자. 우선 묽은 용액을 만드는 과정에서 오차가 생겼을 수 있다. 정확한 용매 양을 맞추지 못하여 정확한 농도를 얻지 못했을 수 있다. 그리고 가시광선 분광기를 이용하여 스펙트럼을 관찰할 때 큐벳에 이물질임 묻었을 수 있다. 그리고 물기를 완전히 제거하지 못하여 큐벳이 농도에 변화를 줬을 가능성이 있다. 또한 제조한 두 용액에 이물질이 들어갔을 가능성도 있다.

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분몰랄 부피 측정방법 (결과레포트)

(결과 레포트)분몰랄 부피 측정방법 설계 및 응용(실험일: 2015.04.21 , 제출 : 2015.04.27.)담당 교수 : 문두경 교수님1. 실험 제목 : 분몰랄 부피 측정방법 설계 및 응용(실험일: 2015.04.21. 제출일: 2015.04.27.)3. 실험 결과 :피크노미터 무게증류수 +피크노미터의 무게 (g)1차2차평균2.5% NaCl 수용액29.3g81.9181.8781.895% NaCl 수용액32.90g80.3682.8881.627.5% NaCl 수용액21.50g79.3679.3479.3510% NaCl 수용액24.75g73.0572.8472.95피크노미터 무게NaCl +피크노미터의 무게 (g)1차2차평균2.5% NaCl 수용액33.057g85.1685.26285.215% NaCl 수용액31.96g82.25284.05483.157.5% NaCl 수용액21.50g81.3781.2681.3210% NaCl 수용액24.75g76.1576.1676.16(1) 위의 결과 값을 이용하여 겉보기 부피(PHI _{v}) 를 계산하자.-피크노미터 (50mL)의 정확한 부피 ={피크노미터`내부의`물의`질량(g)} over {25 DEG C``1atm에서`물의`밀도(g/mL)} 이다.t DEG C`공기밀도 = (표준상태에서의 공기밀도)TIMES {273.15} over {273.15+25}로 구한다. 표준 상태에서 공기의 밀도는 1.2093kg/m ^{3} (=1.2093g/L) 이다. 이때의 50mL 공기의 무게는1.2093 BULLET 50 BULLET 10 ^{-3} g`=`0.0554g 이다. 그러므로 피크노미터의 무게는 공기가 담겨있는 피크노미터의 무게에서 0.0554g을 빼면 된다. 그리고 25DEG C에서 물의 밀도는 0.99705g/mL이다. 이들을 이용하여 구해보자.피크노미터(50mL)의 정확한 부피 (mL)2.5%{81.89-29.3-0.0554} over {0.99707} =52.685%{81.62-32.90-0.0554} over {0.99704} over {0.99707} =48.29- 용액의 밀도 ={용액의`질량(g)} over {피코노미터의`정확한`부피(mL)}용액의 밀도 g/mL2.5%{85.21-33.057-0.0554} over {52.68} =0.9895.0%{83.15-31.96-0.0554} over {48.80} =1.0487.5%{81.32-21.50-0.0554} over {57.96} =1.03110 %{76.16-24.75-0.0554} over {48.29} =1.063-몰랄농도(m): 질량 퍼센트 농도를 몰랄농도로 변환시켜서 구한다.{용질의`무게(g)} over {용액의`무게(g)} TIMES 100 -> {용질의`무게(g)} over {용질의`화학식량(g/mL)} TIMES {1000} over {용매의`무게(g)}몰랄농도(m)2.5%{2.5} over {58.5} TIMES {1000} over {97.5} =0.4385.0%{5.0} over {58.5} TIMES {1000} over {95} =0.9007.5%{7.5} over {58.5} TIMES {1000} over {92.5} =1.38610 %{10} over {58.5} TIMES {1000} over {90} =1.900-겉보기 부피((ΦV)={1000} over {m rho rho _{A} ^{0}} ( rho _{A} ^{0} - rho )+ {M _{B}} over {rho }m: 용액의 몰랄농도rho : 용액의 밀도rho _A^0: 일정한 온도와 압력에서 순수한 A의 밀도M_B: B의 화학식량겉보기 부피((ΦV)2.5%{1000} over {0.438 BULLET 0.989 BULLET 0.99707} (0.99707-0.989)+ {58.5} over {0.989} =77.835.0%{1000} over {0.900 BULLET 1.048 BULLET 0.99707} (0.99707-1.048)+ {58.5} over {1.048} =1.667.5%{1000} over {1.386 BULL0} over {1.900 BULLET 1.063 BULLET 0.99707} (0.99707-1.063)+ {58.5} over {1.063} =22.29(2) 겉보기 부피(ΦV)를 이용하여 용액의 분몰랄 부피를 계산한다.분몰랄 부피,V=n _{A} bar{V _{A}} +n _{B} bar{V} _{B}bar{V _{A}} = {1} over {n _{A}} LEFT { n _{B} phi _{V} +n _{A} bar{V _{A} ^{0}} -n _{B} ^{2} LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial n _{B}} RIGHT ) RIGHT . _{T,P,n _{A}}RIGHTLEFT . bar{V _{B}} = LEFT ( {Partial V} over {Partial n _{B}} RIGHT ) RIGHT . _{T,P,n _{A}}=phi _{V} +n _{B} LEFT ( {PARTIAL phi _{V}} over {PARTIAL n _{B}} RIGHT ) _{T,`P,`n _{A}}LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial n _{B}} RIGHT ) _{n _{A} ,T,P} = LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial m} RIGHT ) _{n _{A,} `T,`P} = LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial m ^{1/2}} TIMES {Partial m ^{1/2}} over {Partial m} RIGHT ) = {1} over {2m ^{1/2}} LEFT ( {PARTIAL phi _{V}} over {PARTIAL m ^{1/2}} RIGHT )겉보기 부피(PHI _{v})m ^{1/2}2.5%77.830.6625.0%1.660.9497.5%32.931.17710%22.291.378위의 값에서PHI _{V}와m ^{1/2}의 그래프를 그려보았다.이와 같은 그래프에 따르면 2.5%의 경우 겉보기 부피가 다른 조그래프를 그려 기울기를 찾았다.즉,LEFT ( {sigma PHI _{v}} over {sigma m ^{1/2}} RIGHT ) REIMAGE 50.072그리고bar{V _{A} ^{0}} =18ml/molLEFT ( {sigma PHI _{V}} over {sigma n _{B}} RIGHT ) _{T,P,n _{A}} = {1} over {2m ^{1/2}} LEFT ( {sigma PHI _{V}} over {sigma m ^{1/2}} RIGHT )2.5%{1} over {2 BULLET 0.662} TIMES 50.072=37.825%{1} over {2 BULLET 0.949} TIMES 50.072=26.387,5%{1} over {2 BULLET 1.177} TIMES 50.072=21.2710%{1} over {2 BULLET 1.378} TIMES 50.072=18.17n _{A} ,n _{B}값은 질량퍼센트 농도로부터 용질과 용매의 무게를 측정하여 구한다.n _{A}n _{B}2.5%{97.5 TIMES 0.99707} over {18} =5.401{2.5} over {58.5} =0.04275.0%{95 TIMES 0.99707} over {18} =5.26{5} over {58.5} =0.08557.5%{92.5 TIMES 0.99707} over {18} =5.124{7.5} over {58.5} =0.12810%{90 TIMES 0.99707} over {18} =4.985{10} over {58.5} =0.171`V _{A}2.5%{1} over {5.401} LEFT { 0.0427 TIMES 77.83+5.401 TIMES 18-0.0427 ^{2} TIMES 37.82 RIGHT } =18.605.0%{1} over {5.26} LEFT { 0.0855 TIMES 1.66+5.26 TIMES 18-0.0855 ^{2} TIMES 26.38 RIGHT } =17.997.5%{1} over {5.124} LEFT { 0.128 {4.985} LEFT { 0.171 TIMES 22.29+4.985 TIMES 18-0.171 ^{2} TIMES 18.17 RIGHT } =18.66V _{B}2.5%77.83+0.0427 TIMES 37.82=79.445.0%1.66+0.0855 TIMES 26.38=3.927.5%32.93+0.128 TIMES 21.27=35.6510%22.29+0.171 TIMES 18.17=25.40V=n _{A} bar{V _{A}} +n _{B} bar{V _{B}}2.5%5.401 TIMES 18.60+0.0427 TIMES 79.44=103.95.0%5.26 TIMES 17.99+0.0855 TIMES 3.92=94.967.5%5.124 TIMES 18.75+0.128 TIMES 35.65=100.610%4.985 TIMES 18.66+0.171 TIMES 25.40=97.364. 토의 및 관찰이번 실험은 NaCl 수용액과 증류수에 피크노미터를 이용해서 부피를 측정하여, 분몰랄의 부피를 구하는 실험이었다. 농도를 다르게 해서 여러 번 실험을 할 수 없는 관계로 한 조에 한 농도를 정해서 실험하게 되었다. 우선 피크노미터의 무게를 측정하고, 피크노미터에 모자라게 증류수를 채워 항온조에 넣어놓는다. 그리고 피펫을 이용하여 눈금을 완전히 채운후 다시 무게를 측정하여 분몰랄 부피를 측정했다. 피크노미터와 증류수를 합친 무게가 각각의 조에서 조금씩 차이가 났는데 무게를 측정할 때 피크노미터의 외부 물기를 제대로 제거하지 않아서 차이가 벌어졌을 가능성이 있다. 증류수와 피크노미터 무게를 잰 후 같은 방법으로 NaCl 수용액을 이용하여 실험하였다. 실험 과정 중에 오차가 생길 가능성이 몇 가지 있다. 우선, 실내 온도를 25도로 가정하였는데, 온도가 정확히 25도가 아닐 가능성이 있다. 또한 피크노미터에 증류수와 NaCl 수용액을 동일한 높이만큼 넣어야 하는데 육안으로 정확한 부피를 맞추는 것도 어렵고 피펫으로 일정한 부피를 넣는 것도 어렵다. 이 부분에서 오류가 생겼을 있다.

공학/기술| 2016.01.25| 6페이지| 2,000원| 조회(433)

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