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12주차결과레포트_빈혈치료제에함유된철의정량 평가D별로예요

실험제목빈혈 치료제에 함유된 철의 정량과목명실험 날짜분반조이름학번담당 교수담당 조교1. 실험 목적 (Purpose): Fe(Ⅱ)이 1,10-phenanthroline과 붉은 오렌지 색의착화물을 쉽게 형성한다는 사실을 이용하여 빈혈 치료제의 철을 정량한다.2. 실험원리 ( Introduction)(1) 전이 금속 : 주기율표 3-11족 원소, 무두 금속 원소, d- 전자껍질의 일부만이 채워진 전이 금속 원소들은 주족 원소와는 전혀 다른 물리적 특성과 화학반응을 나타낸다.(2) 전이 금속 원소의 특징①원자가 전자가 채워진 오비탈 다음에 오는 전자가 비어있는 오비탈들도 에너지가 낮아 쉽게 사용②전이 금속의 산화 상태가 쉽게 변할 수 있음③주위의 이온이나 작은 분자들과 결합하여 다양한 자기적 성질과 색깔 그리고 기하학적 배열들을 가짐(3) 착물: 하나 혹은 그 이상의 전자쌍을 받아들이는 금속 원자와 전자쌍을 제공하는 이온 사이에 배위 공유결합으로 이루어진다.(4) 배위공유결합 : 결합에 참여한 전자가 한 원자에 의해서만 제공되는 결합이고 결국은 두 원자가 전자쌍을 공유하기 때문에 다른 공유결합과 같다.(5) 리간드 : 중심 금속 이온에 결합되어 전자쌍을 제공하는 분자나 이온이다. 본 실험에서 리간드는 1,10-phenanthroline이다.(6)배위수 : 리간드에서 중심 이온에 직접 결합되어 있는 원자를 주게 원자라 하는데, 이 주게 원자들의 수를 그 중심이온의 배위수라 한다.(7)결과전이금속이온인 철을 1,10-phenanthroline과 착이온을 만든다.철이 1,10-phenanthronline과 6배위 착이온을 형성하는 이유는 안정한 상태로 존재하는 유기화합물의 경우에 2s 및 2p 오비탈에 전자가 모두 채워진 비활성 기체의 전자배치를 모방하는 8 전자규칙이 존재하듯이 마찬가지로 전이금속화합물들에도 역시 같은 주기의 비활성기체의 전자배치를 모방하여 s,p,d 오비탈에 전자를 모두 채워 가장 안정한 상태로 존재하려는 18 전자규칙이 존재하기 때문이다.환원제 hydroxylamine hydrochloride ()는 다음과 같이 공기 노출로 인해 산화된 철을 환원시킨다.환원제 hydroxylamine hydrochlorie가 적당히 작용하는 ph는 6-9정도 이므로 이번 실험에서는 ph 8의 완충용액을 사용하도록 한다.(8)UV-vis spectrumUV-vis spectrum 은 이러한 불연속적인 에너지를 가지고 있는 원자나 분자에 특정한 파장의 에너지를 조사시키면 분자나 원자의 고유한 특정 파장을 흡수하여 전자가 들뜨게 된다. 이때 이 흡수한 양을 측정하는 것이다.(9) Beer-Lambert Law�￢� �� 額� ????특정 파장에서의 흡광도를 측정하면 시료의 농도를 계산해 낼 수 있다. 본 실험에서의 몰흡광계수는 11500Mcm-1이다.3. 실험기구 ( Apparatus ): 100mL 부피플라스크 2개, 250mL 비커, 10mL 피펫, 필러, 막자, 막자사발, 약수저, 10.00mm cuvet, UV-vis 분광 광도계, hot plate, stirring bar4. 실험시약 ( Reagents ): 빈혈 치료제, pH 8 완충용액, 0.01M 1,10-phenanthroline 용액, 0.005M hydroxylamine hydrochloride() 수용액, 4M HCl 수용액5. 실험 방법 ( Procedures )①빈혈치료제(Iron pill)의 표면과 내부 성분이 다르므로 표면을 조심스럽게 벗겨 제거한다.②과정-1에서 표면을 제거한 iron pill을 막자사발과 막자를 이용하여 최대한 곱게 간다.③가루로 만든 iron pill 25mg 정도를 화학저울을 이용하여 정확하게 측정한다.④100mL 부피플라스크에 과정-4에서 무게를 잰 iron pill을 조심스럽게 넣고 4M HCl 20mL를 가한 후 got plate(눈금 90℃ 근처에 놓는다)에서 용액의 색깔이 노란색이 될 때까지 약 10분 동안 stirring을 해준다.⑤과정-4 부피플라스크를 증류수로 표선까지 채운 뒤 피펫을 이용하여 용액 10mL를 깨끗한 새로운 100mL 부피플라스크로 옮긴다.⑥과정-5의 100mL 부피플라스크에 0.005M hydroxylamine hydrochloride 용액 25mL와 0.01M 1,10-phenanthroline 용액 20mL를 가한다.⑦과정-6의 용액에 pH 8 완충용액을 표선까지 가하면서 충분히 흔들어준다.⑧10.00mm cuvet을 이용하여 pH 8 완충용액의 흡광도(A)를 영점(blank)으로 하고 시료의 흡광도를 측정한다.⑨Beer-Lambert Law를 이용하여 농도를 계산하고 이를 통해 철 10mg에 함유된 철의 퍼센트 함량을 계산한다.6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)그림 전체 데이터 값 그래프 도시그림 파장 508nm에서 흡광도 0.229 기록* 흡광도(A)= 508nm에서 0.229* Beer-Lambert Law�￢� �� 額� ????* 과정 7의 용액 농도 : 0.0000199M* 과정 5의 용액 농도 : 0.000199M* 과정 5의 용액 100mL에 들어있는 착화합물의 몰수 = 철의 몰수* 철의 분자량 = 55.85mg/mmol* 녹아있는 철의 질량 :* 빈혈치료제의 철의 퍼센트 함량 :7. 토의 (Discussions)이번 실험은 빈혈 치료제(헤모콘틴)에 들어있는 Fe의 양을 Fe(Ⅱ)이 1,10-phenanthroline과 착화합물 [Fe(Phen)3]2+를 쉽게 형성한다는 사실을 이용하여 알아내는 것이다. 과정 7의 용액을 UV-vis 분광 광도계를 이용해 흡광도(A)를 구하여 Beer's law:에 대입, 농도(c)를 알아낸다. 구한 농도를 이용하여 철의 양을 계산한다. 이렇게 구한 철의 퍼센트 함량은 4.44%임을 알 수 있다.배위 화합물의 에너지에 대한 간단하고 유용한 모형 중 하나가 결정장 이론이다. 이것은 금속과 리간드의 결합 모형을 이온성의 관점에서 설명하는 방법으로서 음전하를 가진 리간드가 중심원자에 접근함으로서 발생하는 영향을 설명해 준다.

자연과학| 2013.03.16| 5페이지| 1,000원| 조회(676)

일반화학실험, 철의정량, 빈혈치료제

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11주차결과레포트_전기분해

실험제목전기분해과목명실험 날짜분반조이름학번담당 교수담당 조교1. 실험 목적 (Purpose): 전기 에너지를 이용해서 일어나는 화학 반응에 대하여 알아본다.2. 실험원리 ( Introduction)전극을 통해서 전원에서 공급되는 전류에 의해서 일어나는 화학 반응을 전기 분해 라고 한다. 자발적인 화학 반응에서 전류가 발생하는 화학 전지의 (electrolysis)경우와 반대가 된다고 생각할 수 있다. 전기 분해 반응을 이용하면 다른 방법으로는 일어나지 않는 화학 반응을 일으킬 수 있기 때문에 여러 산업 분야에서 활용되고 있다. 염소 가스나 알루미늄을 생산하는 공정이 대표적인 전기 분해 반응이다.전기 분해 반응을 일으키기 위해서는 화학 전지와 마찬가지로 염다리로 연결된두 개의 반쪽 전지로 구성된 전기 분해 전지(electrolytic cell)를 만들어야 한다.외부에서 전류를 흘려주지 않으면 환원력이 큰 물질이 들어있는 전극에서 산화력이큰 물질이 들어있는 전극으로 전류가 흐르겠지만 반대 방향으로 전류가 흐르도록,외부에서 전류를 강제로 흘려주면 환원력이 더 큰 물질이 오히려 환원되고 산화력이 더 큰 물질은 산화되는 반응이 비자발적으로 일어나게 된다. 이런 반응이 일어나도록 하기 위해서는 자발적인 반응에 의하여 두 전극에 만들어지는 전위차보다더 큰 전위차를 가진 전류를 흘려주어야 하고 반응이 진행된 정도는 흘려주는 전류의 양에 의해서 결정된다.이런 반응을 이용하면 용액 속의 금속 이온이 환원되어서 전극의 표면에 코팅이되거나 전기 활성 물질(electroactive substance)이 환원되어 용액 속에 녹아 있거나 기체 상태가 되어서 용액 밖으로 빠져 나오기도 한다. 금속을 전극 표면에 코팅 하는 전기 도금(electroplating) 은 산업적으로 유용할 뿐만 아니라 생활용품의 품질을 향상시키는 데에도 많이 사용된다.실험 화학전지와 전기화학적 서열에서 확인하였겠지만 구리 이온이 녹아 있는 용액에 아연 조각을 넣으면 구리 이온은 환원되고 아연이 산화되는 반응이 자발적으로 일어난다. 그러나 아연 용액에 구리 조각을 넣으면 아무런 반응이 일어나지 않는다. 이 때 용액에 흑연 막대기를 담그고 충분히 높은 전압의 직류 전원의 (-)극을 구리 조각에 연결하고 (+)극을 흑연 막대에 연결하면 구리 조각으로 전자가 흘러가기 때문에 용액 속의 아연이 환원되어 구리 표면에 석출된다.이때 흑연 막대에서는 전자가 직류 전원으로 흘러가야 하기 때문에 물이 산화되어 산소가 발생하게 되고 용액 속에는 수소 이온 (H+) 이 남게 된다. 전기 에너지를 이용해서 일어나는 화학 반응에 대하여 알아본다.이 때 구리 조각에 석출되는 아연의 무게는 패러데이의 법칙에 따라 전극을 통하여 흘려준 전하량에 비례한다. 전하량은 흔히 전자 1몰이 가지고 있는 전하량인.96,485.31 Cmol-1 쿨롱 을 나타내는 패러데이(F)상수를 이용해서 나타낸다. 따라서 1F 만큼의 전하량을 흘려주면 1당량에 해당하는 물질이 석출된다. 예를 들어서 +2가 이온인 아연 이온의 경우에서 1F의 전하량을 흘려주면 0.5몰에 해당하는 아연이 석출된다.3. 실험기구 ( Apparatus ): 구리전극, 탄소막대전극, 100mL 비이커 1개, 초시계, 직류전원장치4. 실험시약 ( Reagents ): 0.1M 질산아연(황산아연)수용액5. 실험 방법 ( Procedures )1) 깨끗한 구리판의 무게를 정확히 측정한다.2) 3V 이상의 직류(DC) 전원을 전압계로 확인하고 전류계를 직렬로 연결한다.3) (-)극에는 구리를 (+)극에는 탄소막대전극을 연결하여 100mL 비커속에 넣는다.이때 구리전극과 아연전극이 닿지 않도록 주의한다.4) 0.1M 질산아연(혹은 황산아연) 수용액을 두 전극이 잠길 때까지 따르면 전류가 흐르게 한다. (이때 악어집게에는 용액이 닿지 않도록 주의 한다.)5) 반응을 약 30분 동안 진행시키면서 2분 간격으로 전류를 기록한다.6) 30분후 아연으로 도금된 구리판을 조심스럽게 꺼내고, 석출된 아연이 떨어지지 않도록 구리판을 물로 씻어 잘 말린 후 무게를 측정한다.6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)그림 구리판에 석출된 아연그림 전기분해 중인 비커반응 전반응 후차 이구리의 무게4.9984g5.0206g0.0222 g석출된 구리의 무게0.0222 g초기 전압2.85 V표 반응 전후의 구리 무게와 초기 전압값전류 변화 그래프시간(분)전류(mA)24.9244.2064.2583.98103.83123.84144.03163.96184.72204.36224.03244.29264.48287.5304.71평 균4.47표 전류 값의 변화→흘려준 전기량 : 4.47mA * 1800s =8046mC→전기량이 운반한 전하의 몰수 = 8046mC* 1/96486=0.08339mmol→1몰의이온이 아연이온으로 환원되는 데 2몰의 전자가 필요하므로생성된 아연의 몰수는l→아연의 몰질량은 65.4g/mol이므로g→오차 : 0.0222-0.002727=0.019473g7. 토의 (Discussions)전기분해란 한 쌍의 금속 또는 흑연 등의 막대나 판 모양 도체를 전극으로서 이온전도체 속에 놓고 직류 전류를 접속하면 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동하여 전극 표면에서 여러 화학변화를 일으킨다. 즉, 전위가 높은 쪽 전극(양극) 표면에서는 음이온이 방전하여 각종 물질을 생성하기도 하고, 양극인 금속 자체가 녹아서 그 금속의 양이온을 생성한다(예를 들면, 묽은 황산 속에 금속 아연판을 넣어 양극으로 하면 아연이 녹아서 나온다).일반적으로 금속은 양이온으로, 음이온은 원자 또는 분자로 변화하므로 산화반응이다. 따라서 양극에서는 산화반응이 이루어진다. 이에 대하여 전위가 낮은 쪽 전극(음극) 표면에서는 양이온의 방전이 일어나거나, 금속이 석출한다. 이렇게 해서 음극 표면에서는 양이온으로부터 원자 또는 분자가 되거나 금속으로 석출하는 환원반응이 일어난다. 전기분해 때의 전기량과 생성되는 물질 양과의 관계에 대해서는 페러데이의법칙이 성립한다. 페러데이의 제1법칙은 전기분해에 의하여 소모되거나 생성되는 양은 통해 준 전하량(Q)에 비례한다.

자연과학| 2013.03.16| 5페이지| 1,000원| 조회(122)

일반화학실험, 전기분해, 전기분해 실험

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10주차결과레포트_화학전지와전기화학적서열

실험제목화학전지와 전기화학적 서열과목명실험 날짜분반조이름학번담당 교수담당 조교1. 실험 목적 (Purpose): 화합물들 사이에 자발적으로 일어나는 전자이동반응을 이용하여 전기에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고 세 가지 금속이온의 전기화학적 서열을 확인한다.2. 실험원리 ( Introduction)(1) 산화 환원 반응원자나 분자를 둘러싸고 있는 전자는 원자와 분자의 종류에 따라서 쉽게 떨어져 나가서 다른 원자나 분자로 옮겨가기도 한다. 이때 전자를 잃어버리는 분자는 산화 되었다고 하고 전자를 얻은 분자는 환원 되었다고 한다.(2) 화학 전지의 원리산화 환원 반응에서 이동하는 전자를 금속선을 통해 흐르는 전류로 만들기 위해서는 산화 반응과 환원 반응을 서로 분리한 반쪽 전지를 금속선으로 연결한 전지를 이용한다. 특히 전류를 만들어서 전기 에너지원으로 사용하기 위한 화학 전지를 갈바니 전지 라고 부른다. 화합물이 전자를 잃어버리거나 얻을 경우에는 전하를 가진 이온이 만들어지기 때문에 대부분의 전지는 이온을 안정화시킬 수 있는 수용액에서 일어나는 반응을 이용한다. 반쪽 전지는 쉽게 이온화하여 산화 또는 환원될 수 있는 전해질 이 녹아있는 전해질 용액 속에 전자를 받아들이거나 내어줄 수 있는 금속 전극 을 넣은 것이다. 금속 전극은 금속선을 통해서 다른 쪽의 전극과 연결되어 있으며 용액의 전하 변화를 상쇄시켜주기 위한 염다리를 사용하기도 한다. 염다리는 자신을 통해서 수용액 중에 녹아있는 이온들은 이동시킬 수 있지만 두 용액이 직접 맞닿아 섞이지는 않도록 하는 역할을 한다.이렇게 구성한 전지의 한 쪽 반쪽 전지에서는 화합물이 산화되면서 빠져 나온 전자가 전극을 통하여 다른 반쪽 전지로 흘러가서 전극을 통하여 수용액 중의 화합물에 전달되어 환원 반응이 일어나게 된다 이때 산화 반응이 일어나는 전극을 산화 전극 환원 반응이 일어나는 전극을 환원 전극 이라고 부른다. 전자는 산화 전극에서 환원 전극 쪽으로 흘러가므로 반대로 전류는 환원 전극에서 산화 전극 쪽으로 흘러가게 된다. 이때 환원 전극이 산화 전극보다 전위가 더 높아서 환원 전극을 (+)극 산화 전극을 (-)극이라고 부르기도 한다.산화 환원 반응에 수반되는 전자의 이동을 통해 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치는 금속이 이온화되려는 성질 및 반응성의 크기와 관계가 있다.아연판을 황산에 넣으면 반응하여 수소가 발생한다.Zn(s) + H2SO4(aq) --> ZnSO4(aq) + H2(g)이 반응의 알짜 이온 반응식을 나타내면 다음과 같다.Zn(s) + 2H+ (aq) -> Zn2+ (aq) + H2(g)아연이 수소보다 이온화 경향이 크므로 수소 이온에게 수소 이온에게 전자를 주고 양이온으로 되며, 수소 이온은 전자를 받아 수소 기체가 생긴다. 아연판 표면에서 아연은 산화되고 수소는 환원되는 것이다 만일 황산 속에 아연판과 구리판을 넣고 도선으로 연결하면 이번에는 아연판 표면에서 수소 이온과의 사이에 전자를 주고받는 게 아니라 아연이 구리보다 이온화 경향이 크므로 아연이 산화하여 양이온으로 되어 녹고 이 때 생긴 전자가 아연판에서 구리판으로 이동하여 구리판에 모인 전자를 수용액 속의 수소 이온이 받아 환원하여 수소 기체로 된다.(3) 환원 전위산화 환원 반응의 척도는 전위차인데 전위차는 표준 수소 전극을 기준으로 하여측정한다. 표준 수소 전극은 기압의 압력으로 유지되는 수소 기체와 평형을 이루고 있으면서 수소 이온(H+) 의 농도가 인 1.00 M 25oC 의 수용액 속에 백금전극으로 만든 전극이 설치되어 있는 것으로 다음과 같은 환원 반응이 일어난다.2H+ ( aq, 1.00 M) + 2e- -> H2 ( g, 1.00 atm) Eo = 0.00 Volt일반적으로 표준 수소 전극의 전위 Eo를 0.00 V 라고 정의하고 다른 전극과 표준 수소 전극을 연결한 전지에서 얻은 전위차를 그 전극의 환원 전위(reductionpotential)이라고 하고 25oC 에서 측정한 환원 전위를 표준 환원 전위라고 한다.(4) 전위와 농도와의 관계1)한 반쪽 전지에서의 전위와 농도와의 관계aA + bB + ne- --> cC + dDNernst equation : �Ι��꽃�where, Eo 이온들의 농도가 모두 씩 일 때의 전위 즉 표준 환원 전위2)전지의 전압cell 의 전위차 : Ecell = Ecathode ― Eanode(5) 농도차 전지아연판을 이용한 각각 1.00M과 0.00100농도의 질산염 수용액 하에서의 농도차 전 지를 보면 이때 반응은 양 전극의 농도가 같아지려는 방향으로 진행된다. 여기서는 전자가 2개 관여하므로가 된다.3. 실험기구 ( Apparatus ): 아연 금속판, 구리 금속판, 50mL 비커 4개, 전압계, 전선&집게 4개, weighing papers4. 실험시약 ( Reagents ): 각 금속의 1M 질산염 용액 20mL, 0.01M과 0.001M의용액 각각 20mL,KCL 포화용액5. 실험 방법 ( Procedures )(1) 전기화학적 서열① 아연 구리 두 가지 금속 조각 개씩을 사포로 문질러서 준비한다.② 각 금속의 질산염(1.00M)용액 20mL를 취하여 50mL비커에 준비하여 두 종류의금속을 차례로 담가 화학 반응이 일어나는가를 살피고 각 금속들 간의 산화력세기를 비교한다. (표준 환원 전위 : Cu = 0.3402 V, Zn = -0.7628 V)(2) 화학 전지① 아연 구리 두 가지 금속판을 각각의 금속질산염 수용액 20mL를 취하여 비커에 준비하고 해당 금속판을 넣는다.② 두 비커를 염다리로 연결한다 ( 염다리는 KCl 포화 용액에 충분히 적신 weighing paper를 사용한다)③구리- 아연 의 화학 전지를 만들어서 전위차를 측정한 후 계산 값과 비교한다.(3) 농도차 전지농도가 0.100M 0.0010M인 질산아연 수용액을 아래와 같이 전지를 만들어서 전위차를 측정한 후 계산 값과 비교한다.[Zn | 0.0100 M Zn(NO3)2 || 1.00 M Zn(NO3)2 | Zn][Zn | 0.00100 M Zn(NO3)2 || 1.00 M Zn(NO3)2 | Zn]* 농도차 전지의 전압차가 작으므로 디지털 전압계로 측정한다.6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)(1)전기화학적 서열Zn(NO3)2Cu(NO3)아연 조각반응하지 않음반응함 (기포발생, 판이 검게 변함)구리 조각반응하지 않음반응하지 않음표 산화력세기 비교 결과(2)화학전지그림 실험결과(0.855V)측정 결과예상 결과(이론값)전압0.855V1.10V표 실험 측정값과 이론값의 비교(3)농도차 전지전압(V)0.01M-0.090.001M-0.11표 농도차전지 측정값7. 토의 (Discussions)이번 실험은 화합물들 사이에 자발적으로 일어나는 전자이동반응을 이용하여 전기에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고 이를 이용하여 그 금속이온의 전기화학적 서열을 확인해보는 실험들이었다.첫 번째 실험은 아연과 구리의 산화력을 비교하는 실험인데, 실험 결과 아연이 구리의 질산염용액에 들어갔을 때만 반응이 일어남을 알 수 있다. 이것은 아연의 산화하려는 힘이 구리보다 셈을 알 수 있다. 왜냐하면 아연이 구리보다 산화하려는 정도가 크기 때문에 수용액속에이온에게 전자를 주고 이온화하려는 경향이 크기 때문이다. 반면 구리가 아연의 질산염용액에 들어갔을 때는, 아연의 산화하려는 정도가 더 크기 때문에 반응이 일어나지 않음을 알 수 있다.두 번째 실험은 화학전지, 갈바니 전지를 만들어 보는 실험이었다. 다니엘 전지는 앞에서 본 바와 같이 아연과 아연 용액, 구리와 구리 용액의 두 반쪽 전지가 염다리와 외부 회로로 연결되어 있다. 이 때, 외부 회로에서 측정되는 전위를 이 전지의 기전력(E cell) 이라고 하는데, 이는 산화 전극의 전위와 환원 전극의 전위의 합이된다.

자연과학| 2013.03.16| 6페이지| 1,000원| 조회(165)

일반화학실험, 화학전지, 화학전지와전기화학적서열

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7주차결과레포트_질산포타슘용해반응의반응열측정

실험제목질산포타슘 용해반응의반응열 측정과목명실험 날짜분반조이름학번담당 교수담당 조교1. 실험 목적 (Purpose): 질산포타슘의 온도에 따른 용해도 변화를 측정하여 용해열을 구하고, 자발적인 반응과 비자발적인 반응을 이해한다.2. 실험원리 ( Introduction)-온도가 변화하면 Ksp값이 변화하기 때문에 비록 르샤틀리에 원리를 적용하여 발열, 흡열과정에 따라 예측할 수 있으나, 매우 제한적이며 용해와 석출의 정확한 변화 방향을 예측할 수 없다. 따라서 어떠한 변화의 방향을 예측하기 위해서는 새로운 열역학 함수의 도입이 필요하다.-깁스 자유 에너지어떠한 변화가 자발적으로 일어나느냐 비자발적이냐를 구분할 필요가 있다.자발 과정 (spontaneous process)이란 어떠한 과정이 외부의 영향에 의해서 추진됨이 없이 일어나는 과정으로, 진행 속도와는 무관하다. 일반적으로 에너지 관점으로 볼 때, 변화 과정이 발열이면 자발적으로 일어난다고 할 수 있으나, 일반적이지 않다. 예를 들면 0 oC 이상에서도 얼음은 녹는다. 또한 뜨거운 금속 조각의 냉각(cooling), 기체의 free expansion의 경우 에너지 변화만으로 설명할 수 없다. 이를 설명하려면 엔트로피(entropy)의 함수가 도입되어야 한다.따라서 자연의 변화 과정을 설명하기 위해서 에너지의 변화 (ΔE)와 엔트로피의 변화 (ΔS)를 모두 고려해야 한다. 특히 온도와 압력이 일정한 화학변화를 설명하기 위해서는 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy, G, 식 3)를 도입하면 훨씬 쉬워진다.G = H ? TS (식 3)여기서 H: 엔탈피(enthalpy) , T: 열역학적 온도 , S: 엔트로피(entropy)깁스 자유 에너지는 어떤 계의 엔탈피, 엔트로피 및 온도를 이용하여 정의된 열역학적 상태함수이다.이 값을 이용하면, 일정한 온도와 압력이 유지된 상태에서의 다음의 다양한 정보를 알 수 있다. 식 3을 보면, 깁스 자유에너지는 엔탈피와 엔트로피의 두 상태함수로 구성되어 있다. 그러나 이 두 함수는 근본적으로 다른 특성이 있다. 즉 엔탈피는 계의 내부에너지의 절대값이 존재하지 않는 반면 엔트로피는 절대값을 알 수 있다.자연의 어떤 변화를 예측하기 위해서는 깁스 자유 에너지의 변화량 (ΔG)을 알아야 하는데, 이를 알기 위해서는 표준조건(상태), standard condition을 정해줌으로서 기준점을 정할 필요가 있다. (표준상태는 o 으로 표시한다.)ΔG와 ΔGo 사이의 관계는 다음과 같다.자유 에너지 변화: ΔG = ΔH ?TΔS (식 4)표준 자유 에너지 변화: ΔGo = ΔHo ?TΔSo (식 5)여기서 ΔGo = Go (생성물) - Go (반응물) (식 6)표준 상태가 아닐 경우, ΔG는 ΔGo 와의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.ΔG = ΔGo + RT lnQ (식 7)여기서 T는 temperature (Kelvin), R 은 gas constant (8.314 J/mol·K)Q는 반응지수(reaction quotient)이다. 평형 상태에서 (Q = K 이고, ΔG = 0) 이므로ΔG = ΔGo + RT lnQ = ΔGo + RT lnK = 0 (식 9)따라서, ΔGo = -RT lnK 이다.(식 5)를 이용하여 나타내면,ΔGo = -RT lnK = ΔHo ? TΔSo 로 쓸 수 있다. (식 10)여기서 ΔG0 값은 반응물과 생성물이 표준상태에 있을 때, 반응의 자발성 결정할 수 있으며, 평형상수 (K) 은 반응이 “생성물을 향하여 얼마나 많이 가는지”를 결정하는 자발성의 척도가 된다.또한 K 값을 엔탈피와 엔트로피의 두 요인으로 나누어 생각할 수 있다.즉,or로 정리할 수 있다.용해도와 온도의 역수(1/T)를 그래프로 그리면 용질이 녹을 때의 엔탈피 변화 ΔHo 를 측정할 수 있다.이 실험에서는 비교적 용해도가 큰 질산 포타슘(KNO3)의 용해도가 온도에 따라서 어떻게 변화하는가를 살펴보고 용해열을 구한다.3. 실험기구 ( Apparatus ): 25mL 눈금실린더, 500mL 중탕용 비커, Hot plate, 온도계4. 실험시약 ( Reagents ): KNO3 30g, 증류수5. 실험 방법 ( Procedures )① 500mL 비커를 이용하여 물중탕을 준비한다. (Hot plate 150 위치 : 60~70℃)② KNO3 약 4g을 소수점 둘째 자리까지 재어 눈금 실린더에 조심스럽게 넣는다.③ 눈금 실린더에 약 10 mL의 증류수를 넣은 후 물중탕에서 완전히 녹인다.④ 다 녹으면 온도계로 저어주면서 식힌다.⑤ 고체가 처음 나타나기 시작하는 온도와 부피를 기록한다.⑥ KNO3 약 5g, 6g, 7g, 8g으로 반복한다.6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)KNO3의 양용액의 부피(L)몰농도(M)결정이 생기는 온도(℃)(K)(M*M)3.98g0.03937mol0.00964.10132(305.15)16.8184.98g0.04926mol0.014.92634.8(307.95)24.2656.03g0.05964mol0.015.96436.5(309.65)35.5696.98g0.06904mol0.016.90446.8(319.95)47.6658.00g0.07913mol0.00988.07451(324.15)65.189표 데이터 값 정리(질산포타슘의 분자량 : 101.102g/mol)그림 그래프와 추세선 그리기K(=M*M)x(=1/T)y(=lnK)16.8180.0032772.822424.2650.0032473.189035.5690.0032293.571547.6650.0031253.864265.1890.0030854.1773표 데이터 값 정리(2)-기울기를 이용한 엔탈피 구하기실험값문헌값오차질산포타슘의 용해열그림 고체가 석출되고 있는 메스실린더그림 질산포타슘이 들어있는 메스실린더를 물중탕으로 가열하여 완전히 녹이는 중7. 토의 (Discussions)이번 실험에서는 질산포타슘의 각 농도별로 고체가 나타나기 시작하는 온도를 측정하여 질산 포타슘의 용해열을 구해 보았다.이번 실험에서 상당한 오차가 발생하였는데, 그 원인으로는 우선 이 실험에서의 고체가 생기는 순간을 직접 확인하고 온도를 읽어야 하는데 그 과정에서 정확한 온도를 재빨리 읽기 어려워 온도를 제대로 측정하지 못하였을 수 있다. 또한 질산 포타슘이 100% 순수하지 않거나 증류수에 불순물이 들어가 있으면 이론값과 측정값이 일치하지 않는데 완전한 상태의 시료로 실험을 하는 것은 실제로는 불가능하기 때문에 오차가 발생할 수밖에 없었다. 그리고 이 실험에서 증류수를 사용하였는데, 처음에 상온의 증류수 10ml를 담아서 사용하였다. 하지만 상온을 정확히 기록하지 않아 25℃로 어림하여 사용해 정확한 값과는 거리가 있었을 것이고 증류수 역시 정확히 10ml 라고는 보기 어렵다.

자연과학| 2013.03.16| 5페이지| 1,000원| 조회(471)

일반화학실험, 반응열측정, 질산포타슘용해반응의반응열측정

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6주차결과레포트_여러 가지 물질의 pH측정

실험제목여러 가지 물질의 pH측정과자연지시약의 제조과목명실험 날짜분반조이름학번담당 교수담당 조교1. 실험 목적 (Purpose): 주변 물질을 pH 시험지, pH 미터 또는 천연 지시약을 이용하여 pH-산도를 측정할 수 있다.2. 실험원리 ( Introduction)과학이 발달함에 따라 우리는 일상생활에서도 상당한 과학지식을 필요로 하고 있다. 특히 환경문제를 다룰 때 자주 듣는 산성비, TV 광고에 나오는 중성 비누 등 전문용어들을 많이 사용하고 있다. 산과 염기는 옛날부터 지금까지 인간의 생활과 밀접한 관계를 맺고 있다. 과일 주스를 발효시키면 신맛을 내는 물질이 만들어지는데 이것은 아세트산(CH3COOH)이라는 산성 물질이다. 이와는 달리 나무를 태운 재로부터 만드는 양잿물로 알려진 수산화나트륨(NaOH)이나 빵을 만들 때 사용되는 베이킹소다(NaHCO3)처럼 미끌거리는 느낌을 주는 염기성 물질도 있다. 이러한 산이나 염기는 우리 주변에서 매우 다양하게 존재하고 있으며, 일상생활에서 중요한 역할을 하고 있다.산과 염기의 일반적인 특징을 살펴보면 산(acid)은 신맛을 내며, 물에 녹으면 이온화하여 수소 이온(H+)을 내놓는 물질이라고 할 수 있다. 또한 산은 푸른 리트머스 종이를 붉게 변화시킨다. 산과는 반대의 성질을 갖고 있는 염기(base)는 알칼리(alkali)라고도 부르는데 약간 씁쓸한 맛을 띠며 만졌을 때 미끈미끈한 느낌을 주고, 물에 녹으면 이온화하여 수산화 이온(OH-)을 내놓는 물질로 산과 반응하여 산의 성질을 없애는 작용을 한다. 염기는 붉은 리트머스 종이를 푸르게 변화시킨다.물에 녹아있는 산의 양은 수소 이온 농도([H+])로 나타내나 그 크기가 너무 작은 숫자로 나타나므로 사용하기 불편하다. 따라서 산이 녹아있는 용액의 산성도를 나타내기 위해 수소 이온 지수(pH)란 용어를 사용하며, pH는 0과 14사이의 값을 갖는다. 몇 가지 일반용액의 pH값을 살펴보면 혈액의 정상적인 pH값은 7.3-7.5의 범위이며, 빗물이 pH 5.6이하이면 산성비라 한다. 이처럼 pH 수치는 우리 생활 속에서 적절하게 조절하거나 유지시킴으로서 건강유지, 제조나 환경조절과 같은 넓은 범위의 활동에 활용되고 있다. 일반적으로 용액과 물질의 pH를 측정하기 위한 효율적이고 신뢰할 만한 방법이 필요하고, 이를 위해 pH 미터(그림 1.)를 사용한다. 조금 덜 정확하지만 서로 다른 pH 범위에서 특정한 색 변화를 일으키는 지시약들을 부착시킨 시험지(만능 pH 시험지)나 산-염기 지시약(acid-base indicator) 이라고 알려진 화학물질을 이용하여 측정하기도 한다.pH = -log[H+], [H+] > 1.0×10-7 M, pH < 7.00일 때 산성(0～14범위) [H+] = 1.0×10-7 M, pH = 7.00일 때 중성[H+] < 1.0×10-7 M, pH > 7.00일 때 염기성이 실험에서는 일상 생활에서 접하는 많은 물질들 즉 우리가 매일 먹는 음식이나 세제 및 빗물 등의 산도를 pH 시험지, pH 미터를 사용하여 측정하고, 물질들을 산, 염기로 분류해 보고자 한다. 또한 자연 지시약을 만들어 변색범위와 물질의 pH도 알아보고자 한다.3. 실험기구 ( Apparatus ): pH시험지, 스탠드, 클램프, 클램프 홀더, 50mL 비커, 증류수병, 시험관 9개, 스포이드 3개, 약수저, 시험관대4. 실험시약 ( Reagents ): 오렌지주스, 식용식초, 사이다, 주방용세재, 수돗물, 합성세제, 0.1M 암모니아수, 0.1M 염산, 붉은 양배추5. 실험 방법 ( Procedures )-Ⅰ. 양배추 지시약의 제조 -①붉은 양배추 21.69g을 잘게 썰어서 500mL 비커에 넣는다.②양배추가 잠길 만큼 비커에 증류수 50mL를 넣는다.③양배추가 든 비커를 hot plate 위에 놓고 15분간 가열한다.④가열된 비커를 식혀 용액만 다른 비커에 따라낸다. 용액의 부피가 20mL가 되도록 졸인다.-Ⅱ. pH 측정 -①pH를 측정할 시료용액들을 시험관에 약 10mL씩 취한다.②pH시험지를 사용하여 각각 시료용액의 pH를 측정한다.③pH미터를 사용하여 같은 시료용액의 pH를 각각 측정한다.④붉은 양배추 즙을 각각의 용액에 2mL씩 넣고 흔들어 섞는다.⑤용액의 pH에 따라 산성, 염기성, 중성으로 구분하여 색 변화표를 만든다.그림 시료 용액들(왼쪽부터 오렌지주스, 합성세제, 식초, 주방용세제, 사이다, 증류수, 수돗물, 염산, 암모니아수)그림 pH 시험지로 확인한 시료 용액들의 pH그림 양배추 지시약을 넣은 시료용액들의 색깔 변화그림 양배추 지시약의 제조6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)1) 결과값 표로 정리하기액체pH 시험지양배추지시약색 변화표pH 미터염산2무색→붉은색2.04식초2엷은 황색→붉은색2.16사이다4무색→분홍색2.9오렌지 주스4오렌지색→당근색3.22주방용 세제5엷은 황색→보라색5.94증류수7무색→보라색4.68수돗물8무색→보라색5.84합성세제11불투명한흰색→녹색10.01암모니아수11무색→녹색10.8표 실험 결과 정리2. 위의 시료를 산성을 띠는 물질과 염기성을 띠는 물질로 분류하시오- 산성 물질 : 염산, 식초, 사이다, 오렌지주스, 주방용 세제- 염기성 물질 : 수돗물, 합성세제, 암모니아수3. 자연 지시약으로 사용될 수 있는 것들에 무엇이 있는지 조사해 보자.- 안토시아닌이라는 색소를 포함하고 있는 물질들에서 안토시아닌을 추출해서 지시약으로 사용할 수 있다. 안토시아닌을 포함하고 있는 대표적인 물질이 바로 우리가 실험에 사용한 붉은 양배추이고 그 외에도 귤껍질, 꽃잎, 콜라비, 순무, 자색감자, 자색고구마, 가지, 흑미 등에서도 안토시아닌을 추출하여 자연 지시약으로 사용할 수 있다.4. 위 실험결과를 가지고 pH를 측정하는 2가지 방법에 대해 비교, 분석해 보시오.- 우리가 사용한 pH를 측정하는 방법은 3가지로, pH시험지, 양배추 지시약, pH 미터기였다. 이 때, pH 시험지와 양배추 지시약(지시약법)은 사용이 간편하다는 장점을 가지고 있지만 색변화를 통해 pH를 대략적으로 추정한다는 단점이 있다. 반대로 pH미터기(전극법)는 정확하게 수치로써 pH를 측정해 준다는 장점이 있지만 지시약과 시험지에 비해 사용법이 까다롭다는 단점이 있다.7. 토의 (Discussions)산-염기 적정양에서 종말점을 알아내기 위해서 사용하는 지시약은 약산 또는 약-염기로 용액의 PH에 따라서 전혀 다른 색깔을 나타내는 화합물이다. 산-염기 적정의 당량점에서 용액의 PH는 산과 염기의 종류에 따라서 다르다. 센 산을 센 염기로 적정할 때는 당량점에서 용액은 중성이지만, 약산을 센 염기로 적정할 때는 당량점에서 용액이 염기성을 나타내고, 센산을 약염기로 적정할 때는 산성 용액이 된다. 따라서 당량점 용액의 PH에서 색깔이 변하는 지시약을 선택해야만 실험에서의 종말점이 실제 당량점에 가깝게 되어 적정의 불확실도를 줄일 수 있다. 약산에 해당하는 지시약 HInd는 수용액에서 해리하여 다음과 같은 평형을 이루게 된다.HIn ? In?+ H+산성형 염기성형용액 중의 수소 이온의 농도가 커지면 르샤트리에의 법칙에 따라 평형이 왼쪽으로 이동하기 때문에 산성형인 HIn의 농도가 증가하고 용액은 HIn의 색깔을 나타내게 된다. 그러나 수소 이온의 농도가 감소하면 평형이 오른쪽으로 이동하기 때문에 염기성형인 Ind?의 색깔이 나타나게 된다.지시약의 해리 반응에 대한 평형상수는 다음과 같이 쓸 수 있다.K=[Ind?][H+]/[HInd] 식(20-1)이 식의 양변에 대수를 취하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.PH=pk+log[Ind?]/[HInd] 식(20-2)식(20-2)에 의하면 용액의 PH가 pk와 같을 경우에는 지시약의 산성형과 염기성형의 농도가 같아져서 산성형의 색깔과 염기성형의 색깔이 함께 나타나게 된다. 그러나 산성형과 염기성형의 농도가 대략 10배 이상 차이가 나게 되면, 농도가 진한 형의 색깔이 분명히 나타나게 된다. 죽, PH가 pk+1보다 커지면 염기성형인 Ind? 색깔이 나타나고, PH가 pk-1보다 작아지게되면 산성형인 HInd의 색깔이 나타나게 된다. 그러므로 지시약의 해리상수 K를 측정하면 지시약의 색깔이 바뀌는 변색 범위를 알아낼 수 있다.

자연과학| 2013.03.16| 6페이지| 1,000원| 조회(251)

일반화학실험, ph측정, 여러 가지 물질 pH측정

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