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[공학]레이놀즈 수

1. 실험제목 : 레이놀즈수 측정2. 실험목적층류와 난류를 이해하고 임계속도를 구한다음 문헌치와 비교 검토해보고 이를 통해 레이놀즈수를 명확히 이해한다.3. 실험이론유체가 관을 통하여 흐를 때, 두 가지 흐름 - 층류, 난류가 생기게 된다.(1)층류매끄럽고 규칙적인 경로로 운동하는 유체(기체나 액체) 유동의 한 형태이다.이는 유선형 유동(streamline flow)의 한 형태로 유체의 어느 한 지점에서 속도, 압력과 같은 여러 가지 유동 성질이 시간에 대해 일정한 값을 갖는다. 수평의 평면에 대한 층류는 각각이 서로 평행인 얇은 층으로 이루어진 것으로 생각할 수 있다. 수평면과 접촉하고 있는 유체는 정지해 있으며 나머지 모든 층은 서로 미끌어지고 있는 것을 말하는데, 한 벌의 카드가 미끌어진 형태를 '층류'에 비유할 수 있다.곧은 관내에서 층류는 동심원을 이루는 여러 개의 유동원통이 서로 상대적인 운동을 하는 것으로 생각할 수 있는데 맨 바깥층은 관의 벽면에 부착되어 있으며 관의 중심쪽으로 갈수록 빠른 속도로 운동한다. 곧은 경로로 상승하는 담배연기도 층류가 되는데 담배연기는 조금 상승하면 대개 난류로 변하여 직선 경로로 부터 요동을 치게 된다. 층류는 유동 경로의 단면이 비교적 작고 유동의 속도가 느리며 점성이 비교적 큰 경우에만 발생한다. 기름이 가는 관내를 통과할 때나 혈액이 모세관을 통과할 때에도 층류가 된다. 고체 경계면 근처, 특히 표면과 인접한 얇은 층을 제외하고 대부분의 경우에는 난류가 된다.(2)난류불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 흐름이다. 난류는 한 점에서 속도의 크기와 방향이 계속해서 변하므로 흐름이 잔잔하다 할지라도 바람이나 강은 일반적으로 난류이며, 전체적인 흐름이 일정한 방향으로 움직이더라도 공기 또는 물은 소용돌이를 친다.대부분의 유체흐름은 난류이지만 유체 속을 움직이는 물체의 앞부분이나 관(管)의 내면, 또는 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 수로를 천천히 움직이는 경우처럼 물체의 표면과 매우 가까운 부분에서는 층류가 나타난다. 난류의 대표적인 예로는 동맥 피의 흐름, 송유관 속의 기름의 흐름, 용암의 흐름, 기류 및 해류, 펌프나 터빈 속의 유체의 흐름, 배가 지나갈 때 물의 흐름 및 항공기 날개 끝 주위의 공기의 흐름 등이 있다.원관속의 유체가 층류 또는 난류인지를 알 수 있는 쉬운 방법은 물감을 유체에 흘렸을때 일직선으로 곧게 나아가면 층류, 바로 물감이 분산 되어 섞여 버리면 난류이다.(3)레이놀즈 수유체역학에서 유체가 유선류(streamlined flow)또는 층류(aminar flow)처럼 정상류인지 혹은 난류(turbulent flow)처럼 약간의 요동을 가지지만 평균적으로는 정상류인지를 나타내는 수이다.레이놀즈 수가 약 2,000보다 작으면 층류가 되고 2,000보다 커지면 난류가 된다. 실제로는 층류에서 난류로 바뀌는 레이놀즈 수가 항상 정해진 값이 아니라 작게는 1,000~2,000에서부터 크게는 3,000~5,000의 넓은 범위에서, 층류에서 난류로 전이한다.1883년 영국의 공학자·물리학자인 오즈본 레이놀즈는 관에 흐르는 유체가 층류에서 난류로 바뀌는 전이가 유체가 흐르는 평균속도, 관의 지름, 유체의 밀도를 곱한 값을 '절대점성도'(absolute viscosity)로 나눈 값에 의존함을 증명했다. 이 값을 레이놀즈 수라 부르게 되었으며, 이것은 차원이 없는 수치이다. 유체가 에워싸여 흐르거나 물체가 유체에 온통 잠겨서 움직이는 경우와 같은 다른 형태의 유체에도 레이놀즈 수를 적용할 수 있다.※ (레이놀즈 수) NRe ==여기서,동점도 (kinematic viscosity) [m2/sec]유체의 밀도 [kg/m3]점도 (viscosity)관의 내경 [m]유체의 평균 유속 [m/sec]

공학/기술| 2007.03.31| 4페이지| 1,000원| 조회(389)

레이놀즈, 유체, 레이놀즈수, 층류, 난류

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[화학]용해도와 분별결정

1. 실험제목 : 용해도 및 분별결정2. 실험목적분별결정과 재결정으로 순수한 결정을 얻는 과정을 실험하고 결정의 순도를 확인해본다.3. 실험원리1)용해도란 무엇인가?같은 용매에 녹이더라도 용질의 종류에 따라 녹을 수 있는 양은 서로 다르다. 또한 같은 용질이라도 용매의 종류에 따라 녹을 수 있는 양도 다르다. 또 온도에 따라서도 달라진다. 따라서 용해도를 알기 위해서는 '어떤 용매에', '어떤 용질을', '몇 도의 온도에서' 녹였는지를 고려해야 한다. 보통은 용매로서 물을 사용한다.용해도는 보통 용매 100g에 대해 최대로 녹을 수 있는 용질의 그람수(g)로 나타낸다. 예를 들어, 용질 A를 20˚C에서 물 150g에 녹였더니 15g까지 녹고 그 이상을 넣으면 가라앉았다고 할 때, 용질 A의 20˚C에서15 : 150 = x : 100,∴ x=10, 따라서 용해도는 10이다.또 만약 20˚C에서 용해도가 20인 용질 B를, 20˚C에서 물에 최대한 많이 녹여 180g의 용액을 만들었다고 할 때, 물과 용질 B는 전체 용액 속에 각각 몇 그람씩 섞여 있는 것인지 알아보자.물의 양을 x, 용질 B의 양을 y라 하면,x + y = 180 -> x = 180 - y, (물의 양과 용질 B의 양을 합하면 180g)20 : 100 = y : x -> 20 : 100 = y : 180 - y,100y = 3600 - 20y,∴ y = 30따라서 물 130g에 용질 B 30g이 녹아있는 용액임을 알 수 있다.이와 같이 용질을 용매에 직접 녹여가면서 용질의 용해도를 알아낼 수 있으며, 용해도를 알고 있는 용질의 경우 포화 용액 속에 용질이 몇 그람 포함되어 있는지도 계산해 낼 수 있다.일반적으로 극성 용질은 극성 용매에 대한 용해도가 높고, 비극성 용질은 비극성 용매에 대한 용해도가 높다. 또 온도 뿐 아니라 압력에 의해서도 용해도가 달라질 수 있다. 그러나 일반적으로는 대기압에서의 용해도를 말한다.물질 온도0℃20℃40℃60℃80℃100℃질산나트륨73.088.01.4124148180질산칼륨13.331.663.9110169247염화나트륨(소금)35.736.036.637.338.439.1염화칼륨27.634.040.045.551.156.7몇 가지 고체 물질의 용해도(물 100g에 용해되는 용질의 g수)#용해도 곡선물질의 용해도는 온도의 변화에 따라서 달라지는데, 고체의 용해도는 온도가 상승함에 따라 증가하는 경우가 대부분이다. 이 때, 물질의 용해도와 온도와의 관계를 나타낸 그래프를 용해도 곡선이라고 한다.#포화·불포화·과포화 용액① 포화 용액：일정한 온도에서, 더 이상 용해될 수 없는 한계까지 녹아 있는 최대량의 용질을 포함한 용액이다. 즉, 용매 100g에 용질이 용해도만큼 녹아 있는 용액을 포화 용액이라고 한다.② 불포화 용액：일정한 온도에서, 용매 100g에 용질이 용해도보다 적게 녹아 있는 용액을 불포화 용액이라고 한다. 용질이 더 녹을 수 있는 용액, 즉 포화 상태에 이르지 못한 용액이다.③ 과포화 용액：불포화 용액과는 반대의 의미로, 포화 상태보다 더 많은 용질이 녹아 있는 경우이다. 불안정한 용액이므로 이 용액을 흔들거나 또는 용기의 벽을 유리 막대로 문지르면 갑자기 과잉으로 녹아 있던 용질이 석출된다.포화·불포화·과포화 용액을 용해도 곡선에서 찾아보자. 다음 용해도 곡선에서 용액 B와 같이 용해도 곡선에 있는 용액은 t℃에서 포화 상태, 용액 A와 같이 용해도 곡선의 위쪽에 있는 용액은 t℃에서 과포화 상태, 또 용액 C와 같이 용해도 곡선의 아래쪽에 있는 용액은 t℃에서 불포화 상태를 나타낸다.2)재결정이란 무엇인가?80℃ 물 100g에 녹인 질산칼륨의 포화 용액에는 질산칼륨이 169g 녹아 있다. 이 용액을 20℃로 냉각시키면 어떤 변화가 일어날까? 20℃에서 질산칼륨의 용해도는 31.6이므로 31.6g보다 더 많이 녹아 있던 질산칼륨은 용액에 녹아 있지 못하고 용액 밖으로 석출될 것이다. 169 - 31.6 = 137.4g의 질산칼륨이 석출된다. 질산칼륨과 같이 용해도가 온도에 따라 크게 변하는 물질의 포화 용액을 높은 온도에서 만든 다음, 이 용액을 냉각시키면 용질이 순수한 결정으로 석출되어 나오는데, 이를 재결정이라고 한다.그러나 염화나트륨과 같이 온도에 따른 용해도의 변화가 작은 물질은 재결정시 석출되는 양이 아주 적으므로, 염화나트륨의 결정을 얻으려면 가열하여 수용액의 물을 증발시킨다.3)분별결정이란 무엇인가?용액에 2종 이상의 용질이 녹아 있을 때 그들 용질을 용해도의 차를 이용하여 분리하는 방법이다. 용액과 거기서 석출한 결정의 성분비에 근소한 차가 있으면 결정은 다시 용매로 녹여서 재결정시키기도 하고 용액도 다시 결정을 석출하여 재결정을 반복한다.이와 같이 용해와 석출을 되풀이하여, 마지막으로 순도가 높은 결정을 얻는 방법을 분별결정이라 한다. 이것은 혼합용액의 성분물질이 온도나 압력 등 외부의 변화에 의하여 용해도에 따라 석출되는 현상이라고 할 수 있다. 자연현상에서, 지구 내부의 마그마가 고체화하여 암석이 석출하는 과정도 분별결정의 한 예이며, 이것을 마그마의 분별결정작용이라고 한다. 또, 고체상과 액체상이 공존하고 있는 고용체의 고체상 부분을 제거하면, 남아 있는 액체상은 서서히 녹는점이 낮은 쪽의 성분이 많아지게 된다. 따라서 액체화와 고체화를 반복하면, 혼합물을 각 성분으로 나눌 수가 있다. 이 조작도 분별결정이라고 하는 경우가 있다.※참고이 실험에서는 Na2Cr2O7과 KCl을 물에 녹여서 k+, Na+, Cl-, Cr2O7-이온을 포함하는 용액을 만들고(표 6-1 참고), 용해도 차이를 이용하여 K2Cr2O7과 NaCl을 분별결정법으로 분리시키고, 각각의 염을 재결정법으로 정제한다. 실험을 시작하기 전에 [표-1]의 값을 그래프용지에 도시하여 그래프를 만들면 실험 절차를 이해하는데 도움이 될 것이다.[표-1] 온도에 따른 용해도온도℃NaClKClNa2Cr2O7K2Cr2O7035.727.614352036.034.0178124036.640.0233266037.345.5280438038.451.13766110039.856.7804. 기구 및 시약#기구-아스피레이터 : 감압여과장치, 실험장치안에 진공을 유도해내어 압력을 낮추어 꽂혀있는 깔때기의 압력을 상대적으로 높여준다. 압력의 차이에 의해서 깔때기에 있는 내용물이 균등한 압력의 상태일 때보다 더 빨리 걸러지게 한다.-감압플라스크 : 감압여과장치를 장치하는 플라스크.-뷰흐너깔대기 : 감압플라스크에 장치하는 깔대기.-100ml, 250ml 비이커-삼중대저울-50ml 눈금실린더-유리막대-알코올램프 또는 전열기-거름종이#시약- Na2Cr2O7, KCl, 6N HNO3, 2% AgNO3, Aceton5. 실험방법# 이와 같이 실험 장치를 setting한다.① Na2Cr2O7 18g과 13ml의 물을 100ml 비이커에 넣고 가열하여 용액제조.② KCl 10g을 250ml 비이커에 넣고 물 25ml를 가한 후 가열하여 용액제조.③ 두 용액을 삼각플라스크 안에 넣고 잘 흔든다.④ 찬물로 냉각(물이 들어가지 않게 주의).⑤ 침전이 생기기 시작한 뒤에도 약 3～4분간 계속 플라스크를 흔들어서 냉각.⑥ 플라스크에 들어 있는 내용물을 모두 감압 거름장치에 거른다

공학/기술| 2007.03.31| 6페이지| 1,000원| 조회(1,999)

재결정, 용해도, 불포화, 분별결정, 포화

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[공학]달걀 알부민 분리 및 SDS-PAGE

1. 실험날짜 : 06. 11. 173. 실험목적알부민은 단순 단백질의 한 가지로서 동식물 조직 중에 널리 존재한다. 달걀 알부민의 제조 원리를 이해하고 실험을 통하여 SDS-PAGE의 조작기능을 기른다.4. 실험원리-알부민(albumin) : 글로불린과 함께 세포의 기초물질을 구성하며 동식물의 조직 속에 널리 존재한다. 1907년 국제회의에서 제안된 분류법에 의하면 물에 잘 녹는 단순단백질을 알부민이라고 총칭하도록 되어있다. 알부민 속에는 분자량 및 아미노산의 조성 등이 다른 여러 가지 단백질이 들어있다는 것이 알려져 있다. 대표적인 알부민의 하나인 난백 알부민은 전에는 단순 알부민이라고 생각되었으나 아미노산 외에 당, 인산을 포함한 복합 단백질이라는 사실이 밝혀졌다. 알부민은 물, 묽은 산 또는 알칼리, 묽은 염용액에 잘 녹으나 유기용매에는 녹지 않는다. 또한 다른 단백질보다 잘 염석되지 않는 성질이 있으며 염석시키는 데는 농도가 큰 염용액을 사용해야 한다. 수용액을 가열하면 변성되어 응고한다. 그 중 낙백 알부민은 동물의 알에서 흰자위의 주요 성분을 이루는 단백질로 흔히 흰자질의 약 70%를 차지하는 오브 알부민을 이룬다.-SDS-PAGE : Sodium Dodecyl Sulfate-PolyAcrylamide Gel Electrophoresis의 약자로 단백질을 그 크기에 따라 분리하는 전기 영동하는 방법이다.Acrylamide를 가교제로 중합한 PolyAcrylamide Gel은 Acrylamide와 가교제의 농도 및 비율에 의해 gel내 미세통로의 크기를 조절할 수 있어 다양한 크기의 생체 분자들을 분리할 수 있을 뿐만 아니라 정밀도와 고분해능으로 인해 오래 전부터 단백질, 핵산 등의 분리에 널리 사용되어왔다. 높은 샘플을 로딩하고 전기를 걸어주면 이온들은 (+)쪽으로 진행하게 된다. 이 때 이동되는 것이 단백질, Cl 이온, Glycine 이온 등이 있다.- PolyAcrylamide gel을 사용하는 단백질 전기 영동법1)하나의 gel만을 사용하는 연속적 시스템 : pH 3-11 사이의 완충용액을 한 가지 선택하여 겔과 음전극액 내 전해질 조성 및 농도를 동일하게 만들어 전기 영동하는 방법.2)버퍼조성이 다른 두 개의 겔을 사용하는 불연속적 방법 : 흔히 우리가 알고 있는 stacking gel을 사용하는 경우. 단백질 분리를 위한 전기영동에 있어서 오늘날 가장 광범위하게 쓰이고 있는 것은 SDS-불연속 전기영동법.*버퍼조성Lower Tris Buffer (4X) (1.5 M Tris-HCl pH 8.8 + 0.4% SDS)181.5 g Tris base (Trizma) + HCl ---> pH 8.8make up to 1 l. with ddH2Ostore at room temperatureUpper Tris Buffer (4X) (0.5 M Tris-HCl pH 6.8 + 0.4% SDS)6.06 g Tris base + HCl ---> pH 6.8make up to 100 ml with ddH2O전기영동용 완충용액에 포함된 glycine은 의가약산으로서 음전하와 양전하를 동시에 띨 수있다. 이와 같은 zwitter이온의 성질을 이용하면 gel내의 pH조건에 따라 glycine의 net charge와 이로 인한 전기영동속도를 조절할 수 있다. 전기영동을 시작하면 리딩 이온인 염소이온과 단백질, 글리신이온이 모두 양극을 향해 출발하게 된다.Glycine은 stacking gel의 낮은 pH조건에서는 거의 중성을 띠므로 국부적인 전류의 감소현상이 유발된다. 따라서 낮은 pH조건에서도 이동도가 빠른 염소이온과 이동도가 느린 글리신이온 사이에 매우 높은 전위차가 형성되는데 이러한 전위차에 의 해 글리신이온이 염소이온을 빠르게 뒤따르게 된다. 이때 상대적인 이동속도는 글리신 < 단백질 < 염소 이온이 되며 따라서 단백질은 염소이온과 글리신 이온 사이에 축적되어 이동하게 된다. 염소이온과 글리신이온의 간격은 수 m로서 많은 용적을 나타내게 된다. stacking gel은 large-pore gel이므로 단백질의 molecular sieving 현상은 나타나지 않는다.이동 중인 이온들이 running gel에 이르게 되면 running gel의 높은 pH는 glycine이온을 음전하로 강하게 대전시켜 glycine의 이동속도가 단백질 보다 빠르게 되며 단백질은 gelso에서 molecular sieving현상에 의해 분리된다.stacking gel은 acrylamide 농도가 3~5%인 것을 사용하며 pH는 6.8이다. Running gel은 분리하고자 하는 단배질의 크기에 따라 6~15%를 주로 사용하며 pH는 8.8이다.5. 재료 및 기구비커, 깔때기, 가제, 교반막대, 시험관, 온도계, 스포이드, 전기영동기구달걀, 아세트산나트륨, pH시험지, 질산, 수산화나트륨, 아세트산, 황산 암모늄1.5M Tris-HCl, 1M Tris-HCl, 10% SDS, TEMED10% Ammonium persulfate, 30% acrylamide mix solution, Loading buffer, Running buffer, Coomassie Staining solution, Destaining solution.6. 실험방법(1)달걀 알부민의 분리1)신선한 달걀 1개를 깨뜨려 흰자위만을 비커에 담는다.2)되도록 공기와 접촉하지 않도록 주의하면서 저어주어서 박막을 깨뜨리고 가제로 여과한다.3)이 흰자위를 일정하게 저어주면서 6N 아세트산을 천천히 가하여 pH 4.8~4.9가 되도록 한다.4)3000rpm, 30분간 원심분리 하여 상등액만 이용한다.5)상등액 용액에 황산암모늄 수용액을 가하여 용액 전체가 황산암모늄으로 40%정도 포화되도록 한다.6)30분간 교반 막대를 이용해 교반시킨다.7)4 시간이상 동안 상온에서 침전시킨다. 침전시간이 길수록 알부민 추출 효율은 증가한다.8)상등액과 침전물을 분리한 후 각각 원심분리 시킨다.9)침전물은 최소한의 증류수에 희석시킨 후 사용한다.10)상등액은 45% 황산암모늄으로 침전시키는 과정을 반복하여 여분의 알부민을 얻는다.(2)알부민 단백질 확인 (SDS-PAGE)1)전기영동 키트의 고유한 방법에 따라 유리판을 조립한다.2)Running gel 용액을 준비한다.3)준비한 Running gel을 pipette을 사용하여 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 유리판 사이의 공간에 붓는다. 주의:gel 내부, 표면, comb, gel 사이의 기포는 좋은 전기영동결과를 얻는데 치명적이므로 세심한 주의가 필요하며 특히 comb밑의 기포를 주의해야한다.

공학/기술| 2006.12.01| 4페이지| 1,500원| 조회(310)

SDS, 알부민, 묽은 산

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[공학]유기할로겐 치환반응 평가B괜찮아요

1. 실험제목 : 유기 할로겐 치환반응2. 실험날짜 : 06. 12. 1.4. 실험목적친핵성 치환반응 실험을 통하여 포화탄화수소의 탄소원자에 한 작용기를 치환시키는 친핵성 치환반응의 원리와 특성을 학습한다. 친핵성 치환반응의 메커니즘인 SN1과 SN2 메커니즘을 이해하고, 특정 화합물의 친핵성 치환반응이 어떠한 반응경로를 따라서 진행되는지 예상하고 반응특성을 해석할 수 있는 능력을 기른다. 또한 친핵성 치환반응을 이용하여 알킬할로젠화물을 합성하고 합성에 따른 반응 메커니즘과 반응 특성을 학습하도록 한다.5. 실험원리실험 1 유기 할로젠 화합물의 친핵성 치환반응 - SN1과 SN2 반응메커니즘의 비교알킬 할로젠화물은 아세톤 용액중에서 요오드와 나트륨과 반응한다. 반응결과 만들어지는 브롬화나트륨과 염화나트륨은 에탄올에 용해되지 않고, 반응이 일어나면 침전물이 생겨 관찰 할 수 있다.Na+I- + R-Cl → R-I + NaCl↓Na+I- + R-Br → R-I + NaBr↓알킬 할로젠화물은 에탄올 용액에서는 질산은과 반응한다. 은이온이 할로젠화물이 가지고 있는 전자쌍에 배위결합을 함으로써 탄소-할로젠 간의 결합을 약화시켜 알킬할로젠화물의 SN1 반응이 쉽게 진행되도록 도와준다. 용매인 에탄올은 할로젠이 쉽게 이온화되도록 해주며 질산이온은 매우 약한 친핵체로 알킬 질산염은 SN2반응에 의해 형성되지 못한다.R-Cl +CH3CH2-OH + Ag → CH3CH2-OR + AgCl + H+* 친핵성 치환반응1)친핵성 치환반응이란?친핵체가 유기 할로겐 화합물과 반응하여 할로겐 원자를 치환시키고, 할로겐 이온을 생성시키는 반응(1)친핵체(nucleophile) : 전자가 풍부하여 양전하를 띤 핵을 반응 대상으로 하는 화합물일반적으로 산소친핵체, 질소 친핵체, 황친핵체, 할로젠친 핵체, 탄소친핵체가 있다.기질(substrate) : 친핵체의 공격 대상이탈기(leaving group) : 반응결과 기질로부터 이탈되는 화합물(2)일반적인 친핵성 치환 반응식① Nu: + R:L → R:Nu? + L?친핵체 기질 생성물 이탈기⇒ 친핵체와 기질이 모두 중성이면, 생성물은 양전하를 띤다② Nu:? + R:L → R:Nu + :L?⇒ 친핵체가 음이온이고 기질이 중성이면, 생성물은 중성이다.2)친핵성 치환 반응의 메커니즘⇒ 한 단계 반응① Nu:이 C-L 결합의 뒤에서 공격② 전이 상태가 형성③ 이탈기가 전자쌍을 갖고 떠나며 Nu:이 전자쌍을 제공하여 새 결합 형성(2) SN2 반응 메카니즘의 증거① 반응속도가 친핵체와 기질의 농도에 모두 의존한다.② 배위(configuration)의 반전(inversion)이 일어난다.③ 기질의 알킬기 구조에 의해 반응속도가 크게 달라진다.SN2 반응속도 ; 1°> 2°>3°⇒ 치환이 일어나는 탄소의 뒤쪽은 알킬기가 많이 붙어 있을수록 조밀해지고 입체 장애를 받아 반응이 늦어진다.(1)반응과정① 기질이 분해(이온화)되어 탄소와 이탈기 사이 결합이 끊어진다.⇒ 탄소 양이온을 형성한다. 느리게 진행된다. (속도 결정단계..)② 탄소 양이온이 친핵체와 결합하여 생성물을 형성⇒ 새로운 생성물 형성. 빠르게 진행된다.(2) 증거① 반응속도는 친핵체의 농도와 무관하다.② 이탈기를 갖고 있는 탄소가 입체 중심이면, 반응결과 광할성을 잃게 된다⇒ 즉 R-과 S-가 50:50정도 생긴다.(recemic mixture)③ 기질의 알킬기 구조가 3°일 때 반응속도가 가장 빠르고 1°일 때 가장 느리다.○ SN1의 반응 속도 ; 3°> 2°>1°→ SN1과 SN2 반응은 용매, 기질, 친핵체에 영향을 받는다.(1) 용매의 영향극성 양성자 용매: 극성이면서 양성자(H+)를 낼수 있는 용액 (하이드록시기에 양성자를 주는 능력이 있음) 예) 물, 알콜올극성 양성자의 영향: SN2 지연 - 친핵체의 용매화는 그 친핵체의 비공유전자쌍을 붙들어 놓 기 때문에 반응속도가 느려진다.SN1 촉진 - 극성 용매가 이온의 용매화를 촉진(2) 기질의 영향SN1 SN2① 1° 흔치않다. 흔하다.② 2° 상황에 따른다. 상황에 따른다③ 3° 흔히 일어난다. 흔치 않다.(3) 친핵체의 영향; SN2는 친핵체가 강할수록 잘 일어난다.① 음이온은 중성 친핵체 보다 더 강한 친핵체(전자가 풍부함..)예) HO? > HOH, RO? > ROH, RS? >RSH② 같은 족이면 원자 번호가 클수록 더 강한 친핵체예) HS? > HO? , RHS > ROH(CH3)3P > (CH3)3N, I ?> Br? > Cl?> F?③ 같은 주기이면 전기음성도가 작을수록 더 강한 친핵체예) R3C? > R2N? > RO? > FH3N > H2O > HF실험2 1-Bromobutane의 합성알코올의 hydroxyl group을 할로젠으로 치환시켜 알킬 할로젠화물을 제조할 수 있다.이번 실험에서는 알코올을 할로젠화수소와 반응시켜 알킬 할로젠화물로 전환시키는 과정을 진행한다.R-OH + H-X ? R-X +H2O? SN1첫 단계(속도결정단계):알코올에 양성자가 첨가되고, 물이 빠져나가면서 탄소양이온이 형성된다.두 번째 단계:할로젠 음이온에 의해 탄소양이온의 공격이 이루어진다.? SN2알코올에 양성자가 첨가되고, 물이 빠져나가면서 동시에 할로젠 음이온이 작용기가 달린 탄소를 공격함으로써 OH-기가 할로젠 음이온으로 치환되는 과정이다.6. 재료 및 기구실험11-chlorobutane, 1-brombutane, 2-chlorobutane, 2-chloro-2-methlypropane,1-chloro-2-butene(mixture of cis and trans isomers)1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-butene(mixture of isomer)1-chloroadamantaneacentone, ethanol, NaI (sodium iodide), AgNO3 (silver nitrate)water-bath, test tube (1-ml vials) 8개, 타이머실험2증류수, Sodium bromide, 1-butanol(n-butyl alcohol), Sulfuric acid, 3M sodium, hydroxide, anhydrous calcium cloride pelletice-bath, condenser, 100ml round-bottomed flask, electric boiling jacket, clamp stand, 분별깔때기, refractometer7. 실험방법실험11)준비한 test tube에 8개의 시료를 1ml 또는 100mg 담는다.? 1-chlorobutane? 1-brombutane? 2-chlorobutane? 2-chloro-2-methlypropane? 1-chloro-2-butene(mixture of cis and trans isomers)? 1-chloro-2-methylpropane? 2-chloro-2-butene(mixture of isomer)? 1-chloroadamantane2)18% NaI (in acetone) 용액 1ml을 시료가 들어있는 각각의 test tube에 첨가한다.3)마개를 닫고 잘 섞는다.4)침전물이 처음으로 나타나는 시간을 기록한다. 만약, 5분안에 어떤 반응도 일어나지 않는다면 50℃ water-bath에 test tube를 넣고 5~6분 반응시킨다.5)tube를 비운 후, 에탄올로 헹궈 낸다.6)같은 양의 알킬 할로겐화물을 각각 넣는다.7)1% AgNO3 (in ethanol) 용액을 만들어 tube에 1ml씩 첨가한다.8)첨가한 시간을 기록한다.9)잘 섞은 후, 침전물이 처음으로 나타나는 시간을 기록한다. 만약 5분안에 어떤 반응도 일어나지 않는다면 50℃ water-bath에 test tube를 넣고 5~6분 정도 반응을 지켜본다.10)침전물이 나타나는 시간을 비교한다.실험21)100ml round-bottomed flask 에 13.5g sodium bromide를 넣고, 15ml 물과 10ml 1-butanol을 첨가한다.2)잘 섞은 후, ice bath에서 냉각시킨다.3)천천히 농축된 황산용액 11.5ml 을 잘 저으면서 냉각시키면서 첨가한다.4)Ice bath에서 플라스크를 꺼내어 전기 가열 jaket 안에 넣고, reflux condensation을 위한짧은 condenser를 그림 1과 같이 장착한다.5)끓는점까지 가열하여 대부분의 염이 용해되고 용액이 안정하게 reflux되게 한다.

공학/기술| 2006.12.01| 6페이지| 1,500원| 조회(1,484)

반응, 유기, 치환, 할로겐, 할로젠

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[공학]삼성분계 상태도

1. 실험제목 : 삼성분계 상태도2. 실험날짜 : 06. 11. 10.3. 실험목적삼성분계는 말 그대로 3가지 성분이 혼합되어 있는 시스템을 이야기 한다. 이 실험에서는 액체 상태의 삼성분계를 논의할 것이다. A, B, C 라는 세 물질이 있다고 가정하자. 이 때 물질 A는 물질 B와 물질 C에 잘 용해된다고 가정하자. 그러나 물질 B와 C는 서로 용해되지 않는다고 한다. 이렇게 용해되지 않는 B와 C의 용기에 일정양의 A를 가함으로서 B와 C를 완전히 용해 시킬 수 있다. 일정 농도의 B, C용액을 완전히 혼합시키기 위해 필요한 A의 양은 정해져 있으며 이 A의 양을 측정하여 삼각도표 상에 각 성분의 조성이 표시되면 용해도 곡선을 그릴 수 있다. 그리고 얻은 삼각형의 모양을 띈 삼성분계 상태도를 그리면 특정 온도에서 세 물질 A, B, C를 혼합했을 때의 조성에 따른 상의 상태를 알 수 있다. 역으로 이러한 성질을 이용해 액체에서 액체를 분리해 내는 액액 분리의 도구가 되기도 하며, 세 가지 물질이 섞여 있는 삼성분계 시스템을 해석하는 강력한 도구가 될 수 있다. 이 실험을 통해 삼성분계 상태도가 무엇인지 살펴보고, 실험을 통한 삼성분계 상태도를 그리는 법을 살펴보자.4. 실험원리▶상률과 상태도물질계-하나 또는 몇 개의 물질의 집합이 독립하여 한 상태를 이루는 것상-계 안에서 다른 부분과 명확한 경계로 구분되고 그 내부는 물리적, 화학적으로 균일하게 되어 있는 계의 부분상률-계의 에너지를 변화시키지 않고 그 값을 독립적으로 자유로이 변화시킬 수 있는 정도를 규정한 법칙Gibbs의 상규칙(Phase rule)에 따르면 온도, 압력, 농도만이 평형에 영향을 미친다면 자유도 F는 다음과 같이 표시된다.P+F=C+2P (phase) : 주어진 계에서 존재하는 상의수F (degree of freedom) : 자유도C (component) : 계 내의 성분의 수3성분 계에서는 변수가 F=3-P+2=5-P이다. 계가 하나의 상으로만 되어 있다면 계를 나타내는 데에는 네 개의 변수가 필요하고, T, p, x1, x2의 네 개를 택하면 편리하다, 이러한 계들을 3차원적으로 완전하게 나타내는 것은 불가능하며, 2차원적으로는 더욱더 불가능하다. 따라서 일정한 온도와 압력 하에서 그 계를 나타내는 것이 일반적이다. 그러면 변수는 F=3-P가 되어 그 계는 2개의 변수를 가지므로 평면상에 쉽게 나타낼 수 있다. 온도와 압력을 고정시키게 되면 남아 있는 변수는 x1+x2+x3=1이라는 관계식을 갖는 조성 변수 x1,x2,x3이다. 이들 중 어느 두 개를 명시하면 나머지 변수가 정해진다.이제 삼성분계의 상평형도를 살펴보자. 꼭짓점은 각각 100% A, 100%B, 100%C를 나타낸다. AB와 평행한 선은 C의 퍼센트를 나타내고, AB선 위에 있는 모든 점은 0%C를 갖는 계를 말한다. 삼각형의 각 변에 수직으로 그은 선의 길이는 그 변의 반대쪽 꼭짓점에 있는 성분의 퍼센트를 나타낸다. 이러한 수선의 길이의 합은 항상 100%로 취한 삼각형읜 HV이와 같다. 이러한 방법에 의해 3성분계의 어떤 조성이라도 삼각형 내의 한 점으로 나타낼 수 있다.이제 삼성분계가 가지는 특성을 알아보자. 첫 번째 특성은, PQ로 표시되는 조성을 갖는 두 계를 함께 섞으면 얻어지는 혼합물의 조성은 P와 Q를 연결하는 선 위에 있는 어떤 점 X로 나타낼 수 있다. 만약 P, Q, R로 주어지는 세계의 계를 섞는다면 혼합물의 조성은 삼각형 PQR내에 있게 된다. 두 번째 특성은 꼭짓점을 지나는 선 위의 점에서 표시되는 모든 계는 다른 두 성분을 같은 비율로 갖는다는 것이다. 그림 세 번째처럼 두점 P와 P'에서 수선을 세우고 비슷한 삼각형의 성질을 이용하면 다음의 관계를 얻게 된다.이러한 성질은 두 성분의 양은 변화시키지 않고 나머지 한 성분을 넣거나 또는 뽑아낼 때의 현상을 논의하는데 중요하다.▶비중비중(比重, Specific Gravity)이란 표준 물질에 대한 어떤 물질의 밀도의 비로 일반적으로 고체와 액체의 경우 표준 물질로 4℃의 물의 밀도(1kg/ℓ)를 이용하며 기체의 경우는 0℃, 1기압에서 공기의 밀도(1.29g/ℓ)를 사용한다. 비중은 순수물질 고유의 물성이며 이를 통하여 미지 물질의 확인, 화학 반응의 진행 정도, 용액의 농도 확인 및 분체의 입도 분포 파악 등에 사용되는 물성이다. 비중은 밀도의 비(ratio)이므로 단위없이 숫자로만 표현된다.고체의 비중은 아르키메데스의 원리에 따라 부력법으로 측정되는 것이 일반적이며 액체의 경우 비중병을 통한 방법과 부력법을 이용한 방법이 널리 사용된다. 현재 시중에 다양한 종류의 전자식 비중계가 시판되고 있으며 공기 방울에 의한 보정 및 컴퓨터 프로그램을 이용한 보다 엄밀한 비중 측정이 이루어지고 있다.▶액체 비중계(hydrometer)를 이용한 방법액체 비중계는 표준으로 보정된 가는 유리관을 달고 있는 유리 용기로 액체 속에 용기가 잠기는 깊이를 측정함으로써 액체의 비중을 측정하는 장치이다. 이 장치의 장점이자 특징은 용기의 가지에 표시되어 있는 보정된 눈금을 읽음으로써 부수적인 계산과정 없이 액체의 비중을 직접적으로 얻을 수 있다는 것이다. 액체 비중계는 비중으로 눈금이 정해지거나 임의의 단위인 °Be (Baume), °A.P.I. (American Petroleum Institute), 또는 °Brix( 또는 Fisher)등으로 눈금이 정해질 수 있다.5. 재료 및 기구▶기구항온조 : 바깥 온도의 영향을 받지 아니하고 항상 일정한 온도를 유지하도록 만든 용기. 생체의 여러 가지 반응을 연구하는 데 이용됨.뷰렛 (25ml) : 정량분석에서 액체 또는 기체의 부피를 측정하는 실험장치.유리관에 눈금이 새겨져 있으며, 한쪽 끝에 액체나 기체가 흐르지 못하도록 하는 정지콕(회전 플러그 또는 마개)이 있다. 액체용 뷰렛에서 정지콕은 밑에 있으며, 뷰렛에 넣은 액체의 정확한 부피는 투여되기 전과 후의 액체 수평면에서 유리관에 새겨진 눈금을 읽어서 결정한다. 기체용 뷰렛에서 정지콕은 위에 있으며, 뷰렛의 관은 물·기름 또는 수은과 같은 유체로 채워져 있고, 관 밑바닥은 유체의 저장기에 연결되어 있다. 기체는 뷰렛에서 유체와 교환되면서 수집되며, 기체의 양은 교환된 유체의 부피로 측정한다.피펫 (5ml) : 액체의 일정량을 가하거나 꺼내는 기구.비중계 : 밀도(단위부피당 질량)나 비중(물과 비교한 단위부피당 무게) 같은 액체의 특성을 측정하는 장치. 이 비중계에는 무게를 알고 있으며 봉해지고 목이 긴 유리공 부분이 있는데, 이것은 측정하려고 하는 액체 속에 담가 뜨는 정도로부터 액체의 밀도를 알 수 있으며, 유리공의 목은 밀도나 비중 또는 다른 관련된 특성을 측정하기 위해 보정될 수 있다.분액 깔때기 (100ml)유리병 (100 mL)▶재료* 톨루엔메틸벤젠이라고도 한다. 화학식 C7H8. 특이한 냄새가 나는 무색 액체이며, 분자량 92.14, 녹는점 －95 ℃, 끓는점 110.8 ℃, 비중 0.87(15 ℃)이다. 물에는 녹지 않지만 에탄올 ·에테르 ·벤젠 등 대부분의 유기용매와는 임의의 비율로 혼합한다. 1835년 천연 수지인 톨루발삼(Tolu balsam)에서 처음으로 얻었기 때문에 톨루엔이라는 이름이 붙었다. 후에 석탄의 건류(乾溜)생성물 속에도 함유되어 있다는 것을 알고, 석탄을 건류하여 얻은 경유를 황산으로 씻은 다음 정류(精溜)하여 만들게 되었다. 이 방법 외에 메틸시클로헥산을 수소이탈하여 얻는 방법도 사용된다. 유기합성화학에서 중요한 화합물이며, 많은 물질을 합성하는 원료로 사용되고, 용매로서도 광범위한 용도가 있다. 특히 도료의 용제로 사용되는 시너(thinner)는 톨루엔을 주성분(65 %)으로 하여 아세트산에틸 등을 배합한 것이며, 그 독성은 주성분인 톨루엔에 기인한다.* 아세트산식초에서 나는 신맛이 바로 아세트산에 의한 것으로, 식초에는 아세트산이 약 4%가량 포함되어 있다. 식초의 원료로 쓰이고 있어 아세트산을 초산이라고 부르기도 한다. 아세트산은 발효를 이용해 만들 수 있다. 산소가 없는 상태에서 포도당에 효모를 넣어주면 알코올발효가 일어나 에탄올이 만들어진다. 만들어진 에탄올에, 산소가 있는 상태에서 아세트산균을 넣어주면 아세트산균에 의해 에탄올이 분해되어 물과 아세트산이 만들어진다. 이를 아세트산발효라고 하며, 식용식초를 만들 때 자주 사용하는 방법이다. 식초는 오래 전부터 조미료로 많이 사용되어온 물질로, 그 성분인 아세트산이 약산성을 띠고 있어 신맛을 낼 뿐 아니라 음식물의 부패를 막아주고 냄새를 없애는 역할을 하기도 한다. 아세트산은 살균능력이 있어 대장균이나 포도상구균과 같이 식중독을 일으키는 세균을 죽임으로써 음식의 부패가 진행되는 것을 막아준다. 신선한 생선에서는 비린내가 나지 않지만 시간이 지날수록 미생물에 의해 부패가 일어나면서 트리메틸아민과 같이 자극적인 냄새가 나는 질소화합물이 만들어진다. 이 때문에 오래된 생선에서 비린내가 나게 되는데, 여기에 식초를 뿌려주면 그 속에 들어 있는 아세트산이 염기성을 띠고 있는 질소화합물을 중화시켜 비린내를 없앤다. 레몬에 들어 있는 구연산 역시 아세트산과 같은 약산성물질로 비슷한 작용을 하기 때문에 레몬즙을 뿌려도 좋다.

공학/기술| 2006.12.01| 7페이지| 1,500원| 조회(1,329)

삼성분계, 상평형도, 상률

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