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어는점 그림 (이성분 유기 화합물계)

1. Title : 어는점 그림 (이성분 유기 화합물계)2. Date : 2011년 9월 27일 화요일3. Purpose :이성분계에 대한 온도-조성 그림을 만들어 이성분 응축계에 적용할 수 있다.4. Principle :유기화합물계는 고체용액이나 화합물을 만들지 않는다. 합금계는 화합물은 만들지 않고, 고체용액을 약간 만들기는 하지만 극한 고체의 조성은 거의 순수한 성분의 조성과 같다. 두 가지 경우에 있어서 모두 두 번째 성분을 넣어 주면 첫 번째 성분의 어는점이 내려가서 두 곡선이 얻어지는데 이 곡선의 교차점을 함께 녹는점이라고 부른다.상의 법칙은 1876년 Willard Gibbs가 처음으로 제안한 것으로 다음과 같다.P+F=C+2여기서 F는 온도와 압력만이 농도 이외의 변수이고, C개의 성분과 P개의 상이 있는 계에서 독립적인 물리적 변수의 수로서 자유도라고 불리운다. 이성분계의 녹는점 관계를 공부하는 데 있어서는 압력이 일정하다고 1기압계는 응축상으로 생각한다.P+F=C+1=3결과적으로 세 상이 공존하면 온도는 일정하고 두 상이 공존하면 자유도는 하나가 된다. 이 자유도는 온도 혹은 조성으로 택할 수 있다. 액체가 있는데서 두 고체가 공존하는 온도를 함께 녹는 온도라고 부르고, 이 때의 용융몰의 조성을 함께 녹는 조성 또는 함께 녹는 혼합물이라고 부른다. 함께 녹는 조성을 가진 용융몰에서 시작하여 얻은 냉각곡선은 순수한 물질의 냉각곡선과 똑같은 특성을 갖는다. 상평형 그림을 만드는 실험절차는 열분석법이다. 이 과정은 적당수의 두 성분 혼합물의 냉각곡선을 얻는 과정이다. 냉각-곡선 실험자료는 조성이 알려진 용융물을 서서히 식히면서 온도를 규칙적인 간격으로 기록하여 얻는다. 순수한 물질의 냉각곡선에서 녹는 과정 중 냉각속도는 일정하다. 고체가 생기기 시작하면 고체과 액체 두 상이 존재하고 상의 법칙을 응축 일성분계에 적용하면 자유도는 없다. 따라서 액체 전부가 고체로 완전히 될 때까지 온도는 일정하게 남아 있다. 그리고 온도가 떨어지기 시작하면 주위 온도가 낮게된다. 액체상과 고체상에서의 냉각곡선의 기울기는 다르며 이는 고체와 액체의 비열이 다르기 때문이다. 전형적인 두 성분 혼합물의 냉각곡선에서 이 계는 사용한 측정 용융물에서의 화합물이 생기지 않는 계이다. 액체상의 냉각에 해당하는 부분을 따라서는 한상만이 존재하고 기울기는 용융물의 비열과 주위의 온도차에 따라 정해진다. 고체의 결정화가 시작되면 기울기의 변화가 생기기 시작한다. 고체가 생기기 시작하면 전체계의 비열이 변하고 고체화가 일어나며 녹음열이 방출되어 냉각 과정이 느려진다. 용융물에서 결정화되어 고체가 계속 생기면 남아 있는 액체는 두번째 성분이 더욱더 많아지게 된다. 이런 결과 때문에 어는점은 계속 내려간다. 두상, 용융물과 고체가 있어서 자유도는 조성이거나 온도이거나 한 개이다. 세 상이 존재하면 자유도는 없거 따라서 온도는 일정하게 된다. 이 온도에서 두 고체의 결정은 용융물에서의 몰농도의 비와 같은 비율로 석출된다. 계가 완전히 고체화 되면 다시 두 상의 계로 되어 온도는 떨어지기 시작한다. 액체가 있는 데서 두 고체가 공존하는 온도를 함께 녹는 온도라고 부르고 이때의 용융물의 조성을 함께 녹는 혼합물이라고 한다. 함께 녹는 조성을 가진 용융물에서 시작하여 얻는 냉각곡선은 순수한 물질의 냉각곡선과 똑같은 특성을 갖는다. 과냉각은 새로운 고체상이 나타나기 전에 가끔 일어난다. 이 현상은 대개 혼합물에 대하여 첫번째 어는점 직전이나 함께 녹는 온도가 나타나기 전에 볼 수 있다. 과냉각이 가끔은 바람직한데 이는 얼기 시작하는 정확한 온도를 정하는데 도움이 되기 때문이다. 그러나 만약 과냉각이 너무 오래 계속되면 어는점 측정이 부정확하게 될 수 있다. 고체상의 아주 작은 결정을 넣어서 때때로 초과냉각을 막는다.5. Apparatus & Reagents1) Apparatusthermometerglass tubeouter jackerBeakerErlenmeyer flasksargent stirrersqueeze bottleGraduated cylinderair jacket2) ReagentsNameFormulaF.Wb.p(℃)m.p(℃)dnaphthaleneC10H8128.1780.62180.997p-DichlorobenzeneC6H4Cl12174.0053174[ Table 3-1 시약 및 특성 ]6. Procedure① 냉각장치를 꾸민다.② 순수한 나프탈렌 10g을 glass tube에 넣고 완전히 녹을 때 까지 가열한다.③ 용액이 되면 불을 끄고 서서히 식힌다.glass tube의 안과 밖의 온도를 5℃ 차이나게 유지한다.⑤ 30초간격으로 온도를 읽는다.⑥ 결정화가 처음보이는 온도 및 함께 녹는점을 찾는다.⑦ p-Dichlorobenzene의 무게가 0, 30, 60, 90, 100% 들어있는 나프탈렌과 p-Dichlor- obenzene 혼합물에 대해서도 녹을 때까지 가열했다가 서서히 식힌 후 결정화가 처음 보이는 온도를 기록한다.7. Result1) 실험실 환경[Table 3-2 실험실 환경]온도(℃)습도(%)압력(hPa)259210452) 시료의 조성조성(%)03050607090100naphthalene(g)03567910p-Dichlorobenzene(g)10754310[Table 3-3 시료의 조성]3) 각 조성의 data① 0%시간(초)03*************0210240270온도(℃)5855.95351.951(결정)50.050505050[Table 3-4 naphthalene 0%의 온도변화][Graph 3-1 naphthalene 0%의 온도변화]* =어는점(50℃)→ 51℃ 에서 결정 석출② 30%시간(초)03*************02*************0온도(℃)53525150494746434241.538.535시간(초)3*************05*************0660온도(℃)3432.5323029.52928.528282828[Table 3-5 naphthalene 30%의 온도변화][Graph 3-2 naphthalene 30%의 온도변화]* = 어는점(28℃)→ 50℃ 에서 결정 석출③ 50%[Table 3-6 naphthalene 50%의 온도변화]시간(초)03*************02*************0온도(℃)838*************.55653.55148시간(초)3*************05*************0660690온도(℃)484*************414038.839[Graph 3-3 naphthalene 50%의 온도변화]* = 어는점(42℃)→ 54℃ 에서 결정 석출④ 60%[Table 3-7 naphthalene 60%의 온도변화]시간(초)03*************0온도(℃)73716864625856시간(초)2*************0360390온도(℃)52504848484846[Graph 3-4 naphthalene 60%의 온도변화]* = 어는점(48℃)→ 50℃ 에서 결정 석출⑤ 70%시간(초)3*************0210240270300온도(℃)107101.*************6966시간(초)3303*************0510540570600온도(℃)6261606059.559.559.55857.557[Table 3-8 naphthalene 70%의 온도변화][Graph 3-5 naphthalene 70%의 온도변화]* = 어는점(59.5℃)→ 61℃ 에서 결정 석출⑥ 90%[Table 3-9 naphthalene 90%의 온도변화]시간(초)3*************0온도(℃)948882757171시간(초)2*************0360온도(℃)706766666666[Graph 3-6 naphthalene 90%의 온도변화]* = 어는점(66℃)→ 73℃ 에서 결정 석출⑦ 100%시간(초)03*************0온도(℃)*************08480시간(초)2*************0360390온도(℃)79808080808079[Table 3-10 naphthalene 100%의 온도변화][Graph 3-7 naphthalene 100%의 온도변화]* = 어는점(80℃)→ 80℃ 에서 결정 석출4) 함께 녹는점 찾기[Table 3-11 조성에 따른 어는점]조성(%)03050607090100어는점(℃)5128424859.56680[Graph 3-8 조성에 따른 어는점]* =함께 녹는 어는점① 함께 녹는 어는점 조성 찾기: 30% 의 조성에서 함께 녹는 어는점이 나타남② 함께 녹는 어는점 온도 찾기: 28℃ 에서 함께 녹는 어는점이 나타남8. Discussion① 함께 녹는 혼합물 (eutectic mixture)용액에서 동시에 석출하는 2종 이상의 결정의 혼합물. 이것을 녹일 때 혼합물의 각 성분은 동시에 녹는데, 함께녹는 혼합물은 불변계에서 생기는 것과 1변수계 또는 다변수계에서 생기는 것이 있다. 압력의 영향을 무시할 수 있는 다성분계에서 성분과 같은 수 만큼인 종류의 결정이 용액과 공존할 때는 불변계로 간주할 수 있으므로, 이때의 용액은 각 성분의 어느것에 대해서도 포화하고 있어, 냉각시키면 온도가 내려가지 않고 각각의 결정이 혼합되어 생성하는데, 이 결정혼합물과 용액은 조성이 똑같다.냉각을 계속하면, 순수물일 때와 같이 모든 용액이 결정할 때까지는 온도가 내려가지 않고, 함께녹는 혼합물이 용융하는 경우도 마찬가지 이다. 이 종류의 함께녹는 혼합물은 성분수가 n인 경우에「n원 함께녹는 혼합물」이라고 한다. 1변수계 이상에서 생기는 함께녹는 혼합물은 3성분계 이상에서만 존재한다.예컨대 3성 분계 용액에서 냉각 때문에 2가지 결정이 동시에 석출하는 경우는 1변수계인데, 2가지 결정을 석출하면서 계의 온도가 내려가고, 용액의 조성은 온도에 따라 변한다. 따라서 결정혼합물의 조성과 용액의 조성이 다르게 될 뿐만 아니라, 각 순간에 석출하는 함께녹는 혼합물의 조성은 서로 같은 경우도 있고, 끊임없이 조금씩 변화하는 경우도 있다. 어느 쪽의 함께녹는 혼합물이라도, 종류가 다른 결정끼리는 잘게 혼합되어 있음이 보통이다.

자연과학| 2014.11.07| 12페이지| 2,500원| 조회(344)

물리화학, 물리화학실험, 어는점, 결과레포트, 이성분계, 상규칙, 함께 녹는 혼합물

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화학 반응 속도론 -에스테르의 알칼리 가수분해

1. Title : 화학 반응 속도론 -에스테르의 알칼리 가수분해2. Date : 2011년 11월 15일 화요일3. Purpose : 에스테르의 알칼리 가수분해 반응의 반응 속도론 연구, 반응 속도 상수 결정.4. Principle :수용액 중에서 에스테르의 가수분해 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.에스테르 + OH- = 알코올 + 음이온식초산에틸의 가수분해의 경우에는 이 반응은 다음과 같다.C2H5OOCCH3 + OH- = C2H5OH + CH3COO- (1)주어진 온도에서 식초산 이온의 이온전도도가 수산이온의 이온전도도 보다 작기 때문에 이 반응이 진행됨에 따라 용액의 이온 전도도가 감소 또는 용액 저항이 증가하게 된다. 반응이 진행하는 동안에 일어나는 이 저항변화를 적당한 부속품이 달린 Wheatstone 브릿지로 잴 수 있다. 이 경우 반응 속도식은- {{d[A]} over dt }``=``K``[A][B](2)이며, 반응양론은 1:1이고 반응물의 초기농도가 같은 경우(a=b)에는 다음과 같은 식이 적용된다.dx over dt = k(a-x)(b-x) = k(a-x)^2(3)여기서 x는 시간 t에서 소모된 두 반응물의 농도이다. 이 미분방정식을 (t=0, x=0)에서 (t=t, x=x)까지 적분하면 (4)식이 된다.x over {a(a-x)} = kt(4)x와 (a-x)와 Ro, R, R∞(각각 t=0, t=t, t=∞에서의 셀 저항) 사이의 관계식은x over a = {{ 1 over R - 1 over R_0 }over{1overR_∞ - 1overR_0 }}(5)a over {a-x} = {{ 1 over R_∞ - 1 over R_0 }over{1overR_∞ - 1overR }}(6)식 (5)와 (6)을 (4)식에 대입하면 다음과 같이 된다.t = {1 over ak} {{R_∞ - R_0}over{R_0}}{R over {R_∞ - R}} - 1 over ak(7)akt + 1 = {{R_∞ - R_0}over {R_0}}×{R over{R - R_∞}}(10)(10)식은{{R}over{R- R_∞ }}을 가로 좌표로, 시간 t를 세로 좌표로 하여 도시하면 y = mx=b의 형이 된다. 반응속도상수 k는 다음 관계식에서 계산된다.ak{{R_0}over{R_0 - R_∞}}= 기울기 (11)k ={기울기} over {a({R_0}over{R_0 - R_∞})}}=기울기 over a(절편)(12)5. Apparatus & Reagents1) Apparatus? temperature bath? spoid? pipette & bulb? stop watch? thermometer? beaker? wheatstone brige2) Reagents[ Table 8-1 시약 및 특성 ]NameFormulaF.Wb.p(℃)m.p(℃)dacetic acidCH3COOH60.052416.5117.91.0492sodium HydroxideNaOH39.997323℃1388℃2.1656. Procedure① 0.02N 식초산 에틸 50mL를 20℃에 항온시킨다.② 0.02N NaOH Sol'n 50mL 중 25mL 취하여 넣고 시간을 잰 후 나머지 25mL를 가한다.③ 혼합 후 3분을 기다린 후 25℃ 항온조에 넣고 전기전도도를 측정④ 30~40분동안 매 2분 간격으로 측정⑤ 용액을 40℃ 항온조에 넣고 15분 항온시킨 후 다시 25℃에 옮겨 항온 후 저항을 측정한 다. (10분 동안 매2분 간격)7. Result1) 실험실 환경[Table 8-2 실험실 환경]온도(℃)습도(%)압력(hPa)199110452) 식초산에틸의 시간에 따른 비전도도도① 비전도도시간(분)전도도(mu s/cm)시간(분)전도도(mu s/cm)*************20*************18****************************************************128[Table 8-3 식초산에틸의 시간에 따른 비전도도도]② 저항값[Table 8-4 식초산에틸의 시간에 따른 저항값]시간(분)저항(ohm)시간(분)저항(oh항값(R _{INF })① 비전도도시간(분)전도도(mu s/cm)시간(분)전도도(mu s/cm)0*************03410610103[Table 8-5 저항값(R _{INF })]② 저항값시간(분)저항(ohm)시간(분)저항(ohm)08.5569.6229.1789.7149.43109.71[Table 8-6 저항값(R _{INF })]→R _{INF }=9.714){R} over {R-R _{INF }}값 구하기시간(분){R} over {R-R _{INF }}시간(분){R} over {R-R _{INF }}0-1.40718-2.142-1.0420-1.874-1.1622-2.576-1.2624-2.858-1.4926-3.0310-1.5228-3.2212-1.6630-3.4314-1.8132-3.6716-1.9834-4.11[Table 8-7{R} over {R-R _{INF }}값]cal)0분 :{{R}over{R- R_∞ }}={4.72} over {4.72-9.71} = -1.4072분 :{{R}over{R- R_∞ }}={4.951} over {4.951-9.71} = -1.044분 :{{R}over{R- R_∞ }}={5.21} over {5.21-9.71} = -1.166분 :{{R}over{R- R_∞ }}={5.41} over {5.41-9.71} = -1.268분 :{{R}over{R- R_∞ }}={5.81} over {5.81-9.71} = -1.4910분 :{{R}over{R- R_∞ }}={5.85} over {5.85-9.71} = -1.5212분 :{{R}over{R- R_∞ }}={6.06} over {6.06-9.71} = -1.6614분 :{{R}over{R- R_∞ }}={6.25} over {6.25-9.71} = -1.8116분 :{{R}over{R- R_∞ }}={6.45} over {6.45-9.71} = -1.9818분 :{{R}over{R- R_∞ }}={6.62} over {6.62-9.71} = -2.1420분 = -2.8526분 :{{R}over{R- R_∞ }}={7.30} over {7.30-9.71} = -3.0328분 :{{R}over{R- R_∞ }}={7.41} over {7.41-9.71} = -3.2230분 :{{R}over{R- R_∞ }}={7.52} over {7.52-9.71} = -3.4332분 :{{R}over{R- R_∞ }}={7.63} over {7.63-9.71} = -3.6734분 :{{R}over{R- R_∞ }}={7.81} over {7.81-9.71} = -4.115) K 속도상수구하기[graph 8-1 반응속도상수 K구하기]x=t, y=R/(R - R∞) 로 두고 이변수 데이터에 대입하여,최적의 직선 y=mx +b 을 구하면,y=`-0.0849x-0.791m(기울기)= -0.0849, b(절편)= -0.791-반응속도상수(K)rm k ``=`` {기울기}over {a ``left( {R_0 }over {R_0 -R_∞ }right)}``=`` { 기울기} over { 농도 (절편)}*a=반응물의 초기농도cal)K={-0.0849} over {0.02 TIMES -0.791} = -5.378. Discussion(1) 전기전도도(Electric conductivity)물질의 전기 전도성을 나타내는 양으로 고유 전기 전도도라고도 하며, 고유저항의 역수이다. 도체 속의 정류전류의 밀도를 i, 전기장을 E로 할 때, 국소적인 옴의 법칙 I = σE에 나오는 상수 σ를 가리킨다. 단위는 ohm-1m-1(또는 mho/cm 등)이다. 순금속에서는 일반으로 크고, 절대온도 T에 반비례한다. 일부 금속에서는 수 K 이하에서 전기전도도가 무한대로 되는 초전도의 현상이 일어난다. 합금의 전기전도도는 순금속보다 작고, 보통 1/σ = a + bT인 관계가 성립한다. a, b는 상수인데, a를 잔류저항이라고 한다. 금속의 전기전도는 자유전자에 의한 것이고, 열진동, 불순물 등 결정장의 주기성을 교환하는 것은 격자산란, 불순물산란에 의하여 σ를 의 사이에 비데만프란쯔법칙이 성립한다.일반적으로 전기 저항은 R, 도체의 비 저항을 ρ,그 길이를 l, 단면적을 S라 하면 R=ρl/S로 주어지므로 실제로는 비 저항의 역수를 취한 비 전도율이 사용되고 있으며 단순히 전도율이라고 할 때는 비전도율을 말하는 경우가 많다 비전도율의 실용단위는 mho/cm가 사용된다.(2) 전해질과 비전해질물속에 있는 용질은 그들이 만드는 용액의 전기 전도도에 따라 두 부류로 구분할 수 있다① 비전해질의 수용액은 전류를 전도하지 않으며, 이들 물질은 분자상태로 녹는다. 분자는 전하가 없어서 전기장에서 이동하지 않으므로 전류를 운반하지 못한다. 메틸알코올은 비전해질의 한 예로서, 물속에서 녹는 과정은 아래와 같이 간단 한 방정식으로 나타낼 수 있다.CH3OH(l) → CH3OH(g)② 전해질의 수용액은 전기를 전도하며, 이들 물질은 용액에서 이온으로 존재한다. 하전 된 이온은 전기장에서 이동하므로 전류를 운반한다. 염화나트륨이 그 한 예로서 고체는 Na+이온과 Cl-이론으로 구성되며, 물에 녹으면 이들 이온은 자유롭게 된다. 용해과정을 다음과 같이 나낼 수 있다.NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-다른 이온성 용질도 비슷하게 행동하며, 해리하여 생성된 이온들은 용액 속에서 움직일 수 있다. 염화수소, HCl은 수용액에서 전해질로 행동하는 대표적인 공유결합 화합물이다. 고체, 액체, 또는 기체로 된 순수 염화수소는 분자성 물질의 성질을 가지고 있다. 예를 들면, HCl은 전류를 전도하지 않는 다 그러나 물속에 넣으면 HCl은 녹아서 전해질 특유의 전도용액을 형성한다. 물속에서 수화 H+이온과 Cl-을 만드는 반응은 다음과 같다.HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)물속에서는 HCl 분자 사이의 공유결합이 끊어지고, 전자쌍이 염소로 이동하여 Cl-이온과 H+이온을 형성하여 HCl을 전해질로 만든다. 어떤 용질은 물에 녹아서 이온과 분자를 둘 다 포함하는 혼합물을 형성한다. 플루오르화수소, HF가 그 예로서 HF의 소용액은 ence

자연과학| 2014.11.07| 9페이지| 2,000원| 조회(752)

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분자량 측정. Victor Meyer 법

분자량 측정.Victor Meyer 법1. Title : 분자량 측정. Victor Meyer 법2. Date : 2014년 11월 07일 금요일3. Purpose : Victor Meyer 법을 이용하여 휘발성 물질의 대략적인 분자량을 결정하는 방 법을 배운다.4. Principle :기체의 분자량에 대한 식은 이상기체의 상태방정식으로부터 다음과 같이 구 할 수 있다.PV=nRT={gRT} over {M} (1A)M= {gRT} over {PV} (1B)주어진 온도 T와 압력 P에서 g그램의 기체가 차지하는 부피 V를 알면 이 식을 써서 기체의 분자량 M을 계산할 수 있다. R은 기체상수이고, n은 기체 의 몰수이다. Victor Meyer 법에서는 질량을 알고 있는 일정량의 물질을 증 발관으로부터 이 물체의 증기와 같은 부피의 공기를 배재시킬 수 있도록 증 발시킨다. 이 배제된 공기를 물이나 수은 위로 수집하여 대기압과 알려진 온 도하에서 부피를 측정한다.* 교수님 말씀? (1B)의 식에서 시료의 질량 g은 부피와 밀도로 구한다.? 기체 = 대기압 - P{} _{H _{2} O}(1-상대습도) : 오차율을 줄이기 위하여 1에서 상 대 습도를 빼준다.? 기체 = 대기압 - 해당 온도에서의 증기압(P{} _{H _{2} O}) : 기체압력은 물의압력 으로 알 수 있다.? 수준 맞추는 물통과 기체뷰렛의 높이를 같게 해주는 이유 : 계의 압력과 대기압을 같게 하기위하여 수위를 같게 맞추어준다.? 시료를 가열 할 시에는 직가 하지 않고 중탕하며 실험 장치는 늘 수직을 유지하고 똑바로 세워 실험을 진행한다.5. Apparatus & Reagents1) Apparatus? evaporator? Leveling bulb? gas buret? clamp? burner? Outer Jacket? beaker? Alcohol lamp2) ReagentsNameFormulaF.Wm.p(℃)b.p(℃)EtherC2H5OC2H574.12-116.334.48ChloroformCHCI3119.38-6261BenzeneC6H678.115.580.1[ Table 1-1 시약 및 특성 ]6. Procedure① Outer Jacket 에 물을 채운다.② Leveling bulb에 물을 채워 gas buret과 수면 높이를 같게 한다.③ Outer Jacket의 물을 water bath 하에서 가열한다.④ 물이 끓으면 주사기에 Ether를 0.5mL를 넣고 무게 측정 후 evaporating tube에 신속히 주입한다.⑤ Ether가 기화됨과 동시에 변하는 gas buret의 수위를 Leveling bulb 수위와 같게 한다.⑥ gas buret의 물이 더 이상 내려가지 않는 가장 낮은 부피를 읽는다.⑦ 앞 과정 반복(3번)7. Result1) 실험실 환경[ Table 1-2 실험실 환경 ]온도(℃)습도(%)압력(hPa)199010452) Ether용액 g에 따른 부피측정[ Table 1-3 Ether용액 g에 따른 부피측정 ]주사기무게(g)주사기+0.5mL에테르(g)에테르무게(g)부피(mL)12.3292.7460.4178422.3552.7660.4117632.3472.7570.41055평균0.41371.67cal)? 1회- 2.746-2.329=0.417? 2회- 2.766-2.355=0.411? 3회- 2.757-2.347=0.410? 무게평균{0.417+0.411+0.410} over {3}=0.413? 부피평균{84+76+55} over {3}=71.673) 실험으로 얻은 Ether분자량M= {gRT} over {PV} g: 에테르 질량P: 에테르압력T: 절대온도cal)? P{} _{에테르}= P{} _{대기압} - P{} _{물압력}P{} _{대기압}: 1045hPa= 785mmHg1atm : 760mmHg = x : 785mmHg∴ x = 1.033 atmP{} _{물압력}: 1atm : 760 mmHg = y : 19℃일 때의 증기압(16.477mmHg)∴ y = 0.0217 atmP{} _{에테르} : 1.033 atm - 0.0217 atm = 1.0113atm?{0.413g`` TIMES 0.082Latm/mol` TIMES K`292K`} over {0.07167L` TIMES 1.0113atm`}= 136.44 g/mol4) 오차율오차율={ㅣ실험값-이론값ㅣ} over {이론값}?100cal){ㅣ136.44g/mol`-`74.12`g/molㅣ} over {74.12g/mol}?100 = 74.08%8. Discussion이상기체상태방정식이상기체의 상태를 나타내는 양들, 즉 압력 P, 부피 V, 온도 T 간의 상관관계를 기술하는 방정식. 이상기체란 계를 구성하는 입자의 부피가 거의 0이고 입자간 상호 작용이 거의 없어 분자 간 위치에너지가 중요하지 않으며 분자 간 충돌이 완전탄성충돌인 가상의 기체를 의미한다. 이상기체 상태방정식이란 이러한 기체의 상태량들 간의 상관관계를 기술하는 방정식이다. 압력, 부피, 온도를 각각 P, V, T라고 할 때 PV=nRT로 나타나며 이 때 n은 기체의 몰수이고, R은 기체 상수를 의미하며 8.3143 m3·Pa·K-1·mol-1의 값을 가진다.보일의 법칙온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 서로 반비례 관계에 있다. 즉 압력을 2배, 3배로 키울 때 부피는 1/2, 1/3이 된다. 이는 1662년 영국의 과학자 로버트 보일이 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 조사하여 알아낸 결과로써 이상기체 상태방정식에서 P=nRT/V=상수/V로 표현된다.샤를의 법칙1787년 프랑스의 과학자 샤를이 발견한 법칙으로 기체의 압력을 일정하게 유지할 때 기체의 온도를 높이면 기체의 부피가 증가하게 됨을 기술한다. 기체의 부피와 온도 사이에 존재하는 이러한 규칙을 샤를의 법칙이라고 명명하고 V=nRT/P이므로 V와 T는 서로 비례 관계에 있음을 쉽게 알 수 있다.이상기체란, 기체 분자의 종류에 상관없이 빈 공간 속에서 자유롭게 운동하며 열에 의해서만 그 분자의 운동에너지가 변한다는 기체분자운동론을 만족하는 가상의 기체이다. 그러므로 기체분자운동론을 먼저 살펴봐야 할 것이다. 기체분자운동론은 기체 분자의 운동을 토대로 기체의 성질을 기술하는 이론을 뜻한다. 이 이론은 4가지 요소를 담고 있다. 첫째, 기체 분자들은 서로 멀리 떨어져 있으므로 기체 분자들 자체가 차지하는 용기의 부피에 비해 무시할 수 있다는 것이다. 둘째, 기체 분자들은 계속해서 직선운동을 하고 용기의 벽 및 다른 분자들과 충돌한다는 것이다. 셋째, 충돌이 일어나더라도 기체 분자들의 총 에너지는 변하지 않는다는 것이다. 넷째, 충돌할 때를 제외하고는 분자들 사이에 인력이나 반발력이 작용하지 않는다는 것이다. 따라서 이러한 기체분자운동론을 만족하는 이상기체는, 질량과 에너지는 가지고 있지만 기체 분자들 간에 인력이나 반발력이 전혀 작용하지 않고, 분자 간 완전탄성충돌을 하며, 분자 자체의 부피가 없기 때문에 0K 에서 부피가 0이며, 평균 운동에너지는 절대 온도에 비례하게 된다.

자연과학| 2014.11.07| 6페이지| 2,000원| 조회(297)

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용해열. 용해도법

용해열. 용해도법.1. Title : 용해열 측정. 용해도법.2. Date : 2011년 9월 6일 화요일3. Purpose :유기산의 용해도를 측정하고 Van't Hoff 방정식에 적용하여 유기산의 용해열 결정4. Principle :물질의 용해도는 평형상수의 특수한 경우이므로 Van't Hoff 방정식을 적용할 수 있다.이 방정식을 용해도에 적용하면 다음 두식으로 나타낼 수 있다..............①..............②여기서 S1와 S2은 각각 온도 T1와 T2에서의 용해도이고는 그 온도 범위에서의 평균 용해열이고은 joule/ mole/ degree 단위로 나타낸 기체상수이다. 용해도는 보통 용매 100g당 용질의 그람수로 나타낸다. 이렇게 하여 계산한 용해열은 대략 그 온도 범위에서 의 평균 용해열이며 포화농도 에서의 용해열이다. 또한 이것은 적분용해열이다.5. Apparatus & Reagents1) Apparatus? erlenmeyer flask? magnetic bar? thermometer? balance? graduated cylinder? burette? pipette & bulb? clamp? constant-temperature bath? beaker? volumetric flask2) Reagents[ Table 1-1 시약 및 특성 ]NameFormulaF.Wb.p(℃)m.p(℃)dOxalic Acid90.03541891901Sodium hydroxideNaOH39.9970731813902.13Phenolphthalein318.3282263~2652581.299hydrogen chlorideHCl36.46－85－1141.2686. Procedure① 1N HCl 5mL로 0.2N NaOH를 표준화시킨다.② Oxalic Acid 포화용액을 약 40℃에서 준비한다. (30g,증류수150mL)③ 제조한 용액 50mL를 35℃항온조에 2분가량 흔들어 주며 항온시킨다.④ 피펫 조립기구로 sample 5mL을 꺼낸다.⑤ 빈 비커의 무게를 측정한다.⑥ 빈 비커에 sample을 넣고 무게를 측정한다.⑦ 여기에 물 100mL와 페놀프탈레인 용액을 넣고 표준화된 NaOH로 적정한다.⑧ 위 실험을 30℃, 25℃에서 실시한다.7. Experiment & Illustration[Fig 1-1 피펫조립기구]ⓐⓑⓒⓓ8. Result1) 실험실 환경[Table 1-2 실험실 환경]온도(℃)습도(%)압력(hPa)268510452) NaOH 표준화NaOH 사용량1회31.6㎖2회31.8㎖평균31.7㎖[Table 1-3 NaOH 표준화]cal)→*NaOH의 노르말농도NV = N'V'1.0N × 5㎖ = χ × 31.7㎖χ = 0.15877N3) 실험값온도(℃)Beaker무게(g)beaker+5mL 무게(g)oxalic acid 무게(g)26102.5452107.78415.238930185.67190.885.2135120.5260125.72475.1987[Table 1-4 실험값]oxalic acid 무게=(beaker+5mL 무게)-(Beaker무게)cal)? 26℃→107.7841 - 102.5452 = 5.2389? 30℃→190.88 - 185.67 = 5.21? 35℃→125.7247 - 120.5260 = 5.19874) Oxalic Acid 노르말 농도(N)① 온도에 따른 Oxalic Acid 농도온도(℃)Oxalic Acid 적정부피(mL)Oxalic Acid 농도(N)2658.40.08833064.60.09773573.30.1107[Table 1-5 온도에 따른 Oxalic Acid 농도]cal)NV = N'V'NaOH(0.2M)적정ㄱ. 26℃ : 58.4㎖NV=N'V'0.1588×58.4 =× 105= 0.0883 Nㄴ. 30℃ : 64.6㎖NV=N'V'0.1588×64.6 =× 105= 0.0977 Nㄷ. 35℃ : 73.7㎖NV=N'V'0.1588×73.7 =× 105= 0.1107 N5) 용해도① 용질의 질량ㄱ. 26℃ : 0.0883 N당량수= 0.0883 × 0.105 = 0.00927당량Oxalic Acid는 1mol당 2당량이므로1 : 2 =: 0.00927= 0.00464molOxalic Acid의 분자량 : 90.0354사용량 : 0.4178g (90.0354×0.00464mol)ㄴ. 30℃ : 0.0977 N당량수= 0.0977 × 0.105 = 0.01026당량Oxalic Acid는 1mol당 2당량이므로1 : 2 =: 0.01026= 0.00513molOxalic Acid의 분자량 : 90.0354사용량 : 0.4619g (90.0354×0.00513mol)ㄷ. 35℃ : 0.1107 N당량수= 0.1107 × 0.105 = 0.01162당량Oxalic Acid는 1mol당 2당량이므로1 : 2 =: 0.01162= 0.00581molOxalic Acid의 분자량 : 90.0354사용량 : 0.5231g (90.0354×0.00581mol)용매의 무게 = oxalic acid 무게-용질의 무게② 용매의 무게cal)ㄱ. 26℃ : 5.2389g -0.4178g = 4.8211gㄴ. 30℃ : 5.21g - 0.4619g = 4.7481gㄷ. 35℃ : 5.1987g -0.5231g = 4.6756g용해도=(용매g=용액g-용질g)③ 용해도cal)ㄱ. 26℃ :ㄴ. 30℃ :ㄷ. 35℃ :6) 용해열[Table 1-6 용해열][Graph 1-1 용해열]7) 오차율오차율=?100cal)9. Discussion용해열 [ heat of dissolution]용질이 용매에서 용해될 때는 열을 흡수하거나 방출하는데, 물질 1몰이 과량의 용매에 완전히 용해할 때 출입하는 열을 용해열이라고 한다.물질은 용해할 때 항상 열의 출입이 따른다. 화학반응에서 방출 또는 흡수되는 열을 반응열(heat of reaction)이라고 하고, 열이 방출되는 반응을 발열반응(exothermic reaction), 열이 흡수되는 반응을 흡열반응(endothermic reaction)이라고 한다. 특히 물질 1mol을 용매에 녹일 때 출입하는 열을 용해열이라고 한다.예를 들어, 염화암모늄이 물에 녹으면 주위의 열을 흡수하여 온도가 내려간다. 즉, 용질인 염화암모늄이 용매인 물에 녹으면서 열을 흡수하는데, 이때 흡수된 열이 용해열이다(용액에서 용해되는 물질을 용질이라 하고, 용해시키는 물질을 용매라고 한다.).흡열반응을 실생활에 응용한 예로 타박상 치료에 사용되는 휴대용 냉각대가 있다. 휴대용 냉각제에는 물이 새지 않는 2개의 주머니가 있으며 한쪽에는 물을, 다른 한쪽에는 질산암모늄을 넣는다. 물이 들어 있는 주머니를 누르면 물이 나오게 되고, 흘러나온 물은 질산암모늄을 녹인다. 이때 주위로부터 열을 뺏어가는 흡열반응이 일어나 냉각대의 역할을 한다.기체의 경우 용해할 때 일반적으로 열을 방출하지만, 액체나 고체가 녹을 때는 열을 방출하는 때도 있고 흡수하는 때도 있다. 용해열은 용매의 양에 의해서도 달라지므로 용매의 양을 밝혀둘 필요가 있다. 예를 들면 상온에서 염화칼륨 1mol을 물에 용해할 때 용해열이 4.05kcal(흡열)라고 할 때 용매인 물의 양이 25mol이라는 것을 명시해야한다. 용해열은 적분용해열과 미분용해열의 두가지로 나눌 수 있다. 적분용해열은 1mol 물질이 일정량의 용매에 녹을 때까지 발하거나 흡수하는 총 열량을 의미한다. 미분용해열은 용해 과정의 각 순간에서의 용해열을 1mol당으로 나타낸 값, 다시 말하면 특정 농도의 용액의 무한대량 안에 그 용질 1mol을 녹일 때 출입하는 열을 그 농도에서의 미분용해열이라고 한다.용해도 (solubility)포화용액 속의 용질의 농도용질이 용매에 용해할 때, 일정 온도에서는 그 양에 한도가 있다. 이 한도를 용질의 용매에 대한 용해도라 하며, 보통 용매 100g 속에 용해하는 용질의 g 수로 나타낸다. 예를 들면, 물 100g에 대하여 염화나트륨은 20℃에서 35.8g까지 녹는다. 이 경우 염화나트륨의 물에 대한 용해도는 20℃에서 35.8이라고 한다. 이에 대하여, 용매 100g 대신에 용액 100g을 사용하는 경우도 있는데, 위의 염화나트륨의 예에서는가 된다.용질이 고체 또는 액체인 경우 용해도는 온도에 따라 변하는데, 대개의 경우 온도가 상승하면 용해도는 증가한다. 용질이 기체인 경우에는, 용해도는 온도 및 그 기체의 분압(分壓)에 의해서 변화한다. 즉, 일정량의 액체에 대한 기체의 용해도는 온도가 상승함에 따라 감소하고, 기체의 분압에 비례하여 증가한다. 그리고 용해도 이상으로 용질이 녹아 있는 불안정한 상태를 과포화용액이라고 한다.

자연과학| 2013.06.28| 9페이지| 2,000원| 조회(298)

용해열, 물리화학, 물리화학실험, 평형상수, 용해도법, Van`t Hoff

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평형상수의 결정. 물감지시약의 산해리 상수

평형상수의 결정.물감지시약의산해리상수1. Title : 평형상수의 결정. 물감지시약의 산해리상수.2. Date : 2011년 9월 20일 화요일3. Purpose :화학반응의 평형상수를 분광광도계 측정으로 결정할 수 있다.4. Principle :용액에서 일어나는 화학반응의 평형상수는 반응의 반응물과 생성물의 농도를 측정하여 결정한다. 평형상수 결정에 필요한 농도는 용액 안의 물질의 빛흡광도로 얻을 수 있는데, 각 물질의 흡광도는 아주 독특하고 고유하다.물질에 의한 빛의 흡수는 일반적으로 물질의 성질을 구별하는데 쓰여지고, 물질이 다르면 아주 상당히 달라진다.일반적으로 가시광선과 자외선의 흡수는 분자 안의 전자전이와 관계가 있는 반면, 특성 적외선 흡수는 진동과 회전변화에 의한 것이다. 빛이 흡수되면 시료를 통과한 빛의 세기는 줄어들어 빛의 세기를 측정하면 입사광의 세기보다 작아진다.용액에서는 어떤 주어진 입사광의 파장, 보통 nanometer(nm)나 10-9meter 단위로 측정됨에서 광학적 밀도 혹은 흡광도 A는 다음과 같이 나타낸 'Beer-Lambert 법칙'에 따라 변한다.A =(1)여기서 I나 I0는 순수한 용매와 흡수물질 농도가 c인 용액에서의 각각의 투과한 빛의 세기이고, b는 시료를 통과한 빛의 길이이고, a는 흡수하는 물질의 흡광도(흡광계수)이며, 이것은 매 물질마다 다른 고유특성적인 비례상수이다. 혼합물에 대하여는 전체 흡광도는 각 물질의 흡광도를 더해서 얻는다.간단한 회합 화학반응, 역으로는 간단한 해리반응의 경우에는,A+B = AB (2)세 가지 물질이 있어서 모두가 흡광도 측정치에 기여한다. 이 경우 전체흡광도는 다음 식으로 주어진다.At = a1(a - x) + a2(b - x) + a3x (3)여기서 a1, a2, a3는 각각 A, B, AB의 빛이 지나간 길이와 몰흡광계수를 곱한 것이고 a, b는 각각 A와 B의 초기농도, x는 평형에서의 AB의 몰농도이다. a1, a2, a3값을 알고 있을 경우에는 x값, 평형에서의 AB의 몰진 용액에 대하여 A'의 극한값을 재어서 얻을 수 있다.상수 a1이나 a3 중 하나를 모르거나 직접 잴 수 없는 경우에는 식 (5)와 (8)을 다음과 같이 변환하여 얻을 수 있다.a/(A'-a2) = 1/(MKeq) + (1/M)a (9)여기서 M = (a3 - a1 - a2) (10)따라서 a/(A'-a2) 값, 여기서A'는 b가 영으로 갈 때 A' = lim(A알짜/b)을 A의 몰농도에 대하여 도시하면 직선이 얻어지고 이 직선의 기울기가 (1/M)이 되고 여기서 a1이나 a3값을 얻을 수 있다. 그리고 이 직선의 절편을 기울기로 나누면 평형상수 Keq이 된다.식 (8), (9), (10)에서 분명히 알 수 있듯이 반응의 평형상수는 a1, a2, a3값을 모두 알고 있으면 반응물 A의 농도 하나로 계산 할 수 있고, 반면에 흡광계수 하나를 모르거나 측정할 수 없을 경우에는 A'을 적어도 반응물 A의 두 개의 다른 농도값에 대하여 얻어야만 평형상수 값을 정할 수 있다. 더구나 (8)식을 써서 평형상수를 결정할 때는 A의 농도를 (1/Keq)값과 같거나 비슷하게 취하면 가장 정확하게 얻을 수 있는데 이는 a가 (1/Keq)와 같을 때 Q가 0.5가 되기 때문이다. 이 실험에서는 약산 물감지시약인 methyl orange의 산 해리상수를 정한다. 해리반응은 반응 (2)의 역반응이므로HM = H+ + M- (11)산 해리상수는 (8)식으로 주어진 Keq의 역수가 된다. 또한 여기서 H+는 반응물 A에 해당하고 이 반응물의 흡광계수는 가시광선 파장범위 에서는 영이다. 즉 a1 = 0이다. 다른 두 개의 흡광계수 a2, a3값은 각각 M-가 없는 강한 산성용액에서 흡광도를 재고 HM이 없는 강한 염기 용액에서 흡광도를 재서 얻는다. H+농도는 pH단위로 표시되기 때문에 평형상수에 대한 (8)식을 log로 취하는 것이 좋다.log10Kd = log(1-Q)/Q - pH (12)여기서 (1-Q)/Q = (a3-A')/(A'-a2) (13)a2는 음이온 M-의 흡광계수이고,hosphateNa2HPO4·12H2O358.1495Methyl orangeC14H14N3NaO3S327.34[ Table 2-1 시약 및 특성 ]6. Procedure① 10mL 0.2M HCl, 10mL 0.2M NaOH에 각 M.O 1drop400~500nm : 10nm간격500~550nm : 5nm간격550~600nm : 10nm간격→최적파장 구한다.② 구한 최적파장으로 pH별 시약만들기③ 시약으로 최적파장에서 흡광도 측정7. Experiment & Illustration[Fig 2-1 흡광도측정]ⓐⓑⓒⓓ8. Result1) 실험실 환경[Table 2-2 실험실 환경]온도(℃)습도(%)압력(hPa)259210452) 최적파장 구하기[Table 2-3 최적파장 구하기]파장(nm)흡광도흡광도차이0.2M HCl0.2M NaoH4000.0160.1830.167410-0.0490.1340.183420-0.0550.1320.187430-0.0150.1740.1594400.0690.2420.1734500.1840.3270.1434600.3120.4180.1064700.450.490.044800.5540.520.0344900.6340.5080.1265000.6720.4620.215050.670.4380.2325100.6560.3980.2585150.6250.3560.2695200.6010.3260.2755250.5540.2760.2785300.5140.2340.285350.4460.1760.275400.3840.130.2545450.3110.1030.2085500.2080.0620.1465600.066-0.0090.075570-0.03-0.0620.032580-0.089-0.110.021590-0.125-0.130.005600-0.127-0.1260.001→ 흡광도차이가 최대인 530nm가 최적파장이다.3) 각 pH에 따른 흡광도① pH3.0 (440nm)[Table 2-4 pH3.0에서의 흡광도]시료Methyl Orange(mL)흡광도(A)x/A10.251.7601-3 pH4.0에서의 흡광도]→y = 0.777x + 0.0539cal)===흡광계수() =? pH4.5 (515nm)[Table 2-7 pH4.5에서의 흡광도]시료Methyl Orange(mL)흡광도(A)x/A10.251.4200.17620.201.2700.15730.151.0300.14640.101.0250.09850.050.7400.06860.050.7460.067[Graph1-4 pH4.5에서의 흡광도]→y = 0.5675x + 0.043cal)===흡광계수() =⑤ pH5.0 (530nm)[Table 2-8 pH5.0에서의 흡광도]시료Methyl Orange(mL)흡광도(A)x/A10.250.5980.41820.200.5040.36730.150.4360.34440.100.3570.28050.050.2700.18560.050.2270.220[Graph1-5 pH5.0에서의 흡광도]→y = 1.0765x + 0.1588cal)===흡광계수() =⑥ pH5.5 (515nm)[Table 2-9 pH5.5에서의 흡광도]시료Methyl Orange(mL)흡광도(A)x/A10.251.7000.14720.201.5400.13030.151.3000.11540.100.7780.12950.050.5700.08860.050.5020.100[Graph1-6pH5.5에서의 흡광도]→y = 0.233x + 0.0871cal)===흡광계수() =4)(염기첨가에 의한 M-의 흡광계수) 구하기-(520nm)[Table 2-10 해리되지 않는 NAOH 에서의 흡광도]시료Methyl Orange(mL)흡광도(A)x/A10.250.8850.28220.200.7760.25830.150.6520.23040.100.5360.18750.050.3570.14060.050.3010.166[Graph1-7 해리되지 않는 NAOH에서의 흡광도]→y = 0.666x + 0.1217cal)===흡광계수() =5)(산첨가에 의한 HM의 흡광계수) 구하기-(510nm)[Table 2-11 해리되지 않는 HC22㉣ pH 4.5일때= -1.15㉤ pH 5.0일때= 0.16㉥ pH 5.5일때= -1.697) Kd 구하기pH3.0-0.31-3.5-1.26-4.0-1.22-4.5-1.15-5.00.165.5-1.69-[Table 2-14 각 pH에 따른값과]log10Kd = log{(1-Q)/Q} - pH*=평형상수 ,=(=반응물A의 일정초기농도에 대하여 생성물로 된 반응물 B의 분률)cal)㉠ pH 3.0일때 **>이므로 계산불능㉡ pH 3.5일때*>이므로 계산불능㉢ pH 4.0일때*>이므로 계산불능㉣ pH 4.5일때*>이므로 계산불능㉤ pH 5.0일때=㉥ pH 5.5일때*>이므로 계산불능9. Discussion(1)흡광도(aborbance)강도 I0의 단색광이 균일한 물질층을 통과하여 그 강도가 I가 된 경우, log10(I0/I)의 값. 물질층을 통과한 전후의 광강도(에너지)의비 I/I0를 투과도라고 한다. 흡광도와 균일한 물질층의 두께d간에는 램버트(Lambert)의 법칙, 즉 log10(I0/I)＝μd가 성립한다. μ는 d와 상관없는 상수로, 흡광계수라고 부른다. 기체나 용액 속에 들어 있는 물질의경우, 광흡수에 관여하는 분자의 농도를c로하여μ=εc라고나타내면, ε는 c와 별개의 상수가 된다. 이것을 비어의 법칙(Beer’s law)이라고 한다. 일반적으로 물질의 농도가 낮은 영역에서는 비어의 법칙이 성립한다. 램버트의 법칙과 비어의 법칙이 동시에 성립할 때는 흡광도는 물질층 속에 포함되어 있는분자 개수에 따라 결정되며, 그 희석도에 의거하지 않는다. 이것을 램버트-비어의 법칙이라고 한다. 일반적으로 ε는 물질과단색광의 파장에 의해서만 결정되는 양으로, c를 mol/L(M)의단위로 나타낸 경우 ε의 값을 몰흡광계수 또는 분자흡광계수라고 부른다. 램버트-비어의 법칙이 성립되는 경우에는 ε와 d를 알고 있으면 흡광도의 측정치로부터 농도c를구할수있다(비색분석). 몰흡광계수는 흡수스펙트럼에 근거하여 분자구조를 고찰할 때의 단서가 되는 기본적인 양이다.(2)분광광도계(S사전

자연과학| 2013.06.28| 19페이지| 2,500원| 조회(471)

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