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[화학]어는점내림

(실험3)용액의 어는점 내림에 의한분자량 측정- 10 -1. 실험 목적어는점 내림법에 의하여 분자량을 측정하는 방법을 알수 있다.2. 이 론(1) 액체의 화학 퍼텐셜1) 이상용액 (Raoult의 법칙)순수한 물질과 관련되는 양들에는 위첨자 *를 붙이기로 하자. 그러면 순수한 액 체의 A의 화학퍼텐셜은 μA*로 그리고 A가 액체라는 것을 강조할 필요가 있었을 때는 μA*(l)로 표시할 수 있다 그리고 이 순수한 액체의 증기압력은 PA*이므로 증기상태로 있는 A의 화학퍼텐셜은 μ°+ RTlnPA* 가 되며 평형에서는 이 두 화학 펴텐셜이 같아야 하므로 다음과 같은 관계가 성립한다.mu _A ^* = mu_a ^° + RTlnP_A ^*액체속에 다른성분 즉 용질이 더 존재할 때에서는 액체속의 A의 화학퍼텐셜이 μA이고 그 증기압력은 PA이다. 따라서 이때는 화학퍼텐셜이 다음과 같이 된다.mu _A = mu_a ^° + RTlnP_A위 두식을 결합하여 기체의 표준 화학 퍼텐셜을 제거하면 다음과 같은 식을 얻 게된다.mu _A = mu_a ^* + RTln( {P_A } over {P_A ^* })이제 마지막으로 이 식의 증기 압력비를 액체의 조성과 연관시켜 주는 실험적 사실을 이용해야 한다. 프랑스의 화학자 Raoult은 서로 매우 비슷한 액체들의 혼합물을 가지고 일련의 실험을 하여 본 결과 각 성분의 부분 압력과 순수한 액 체의 증기압력과 비는 용액속에 들어있는 A의 몰분율과 근사적으로 같다는 사 실을 발견하였다.P_A = x_A P_A ^*이 관계를 아래의 그래프처럼 나타낼수 있다.압력전체압력PB*PA*A의 부분압력B의 부분압력A의 몰분율, xA012) 이상적-묽은 용액 (Henry의 법칙)이상용액의 경우에는 용질도 용매와 마찬가지로 Raoult의 법칙을 따른다. 그러 나 영국의 화학자 Henry는 농도가 낮은 실제 용액의 경우 용질의 증기 압력이 그 몰분율에 비례하기는 하지만 그 비례상수가 순수한 상태에서의 증기 압력과 같지 않다는 것을 실험을 통해서 밝혔다. 이 Henry의 법칙은 다음과 같이 나타 날 수 있다.P_B = x_B K_B여기서 xB는 용질의 몰분율이고 KB는 B의 증기압력을 그 몰분율에 대해서 도 시한 결과를 xB=0에서의 실험 곡석에 정접이 되도록 취한 일종의 비례상수이 다. 용질은 Henry의 법칙을 따르고 용매는 Raoult의 법칙을 따르는 혼합물을 이상적-묽은 용액이라고 한다.3) Raoult의 법칙과 Henry의 법칙의 비교 그래프B의 몰분율, xB01Henry의 법칙Raoult의 법칙압력KBPB*(2) 총 괄 성총괄성이란 용질 때문에 나타나는 용액의 끓는점 오름, 어는점 내림, 그리고 삼투 압등이 있으며 묽은 용액에서는 이 성질들이 용질의 알맹이의 수에만 의존하고 그 종류에 무관한 것을 말한다. 여기서 논의하는 과정에서는 한결같이 용질은 비휘발 성이며 따라서 증기에는 아무런 기여도 하지 않는다고 가정한다. 그리고 또 용질들 은 고체 용매속으로 녹아 들어 가지 않는다고 가정한다. 즉 용액이 얼 때 순수한 고체 용매만이 분리된다고 생각한다. 이 둘째 가정이 너무 지나친 것 같지만 이러 한 현상이 많은 혼합물에서 실제로 일어난다. 복잡한 수식을 이용하면 이러한 가정 을 할 필요가 없지만 그렇다고 새로운 결과는 나오지 않는다.1) 총괄성의 공통점모든 총괄성은 용질이 존재함으로써 액체 용매의 화학 퍼텐셜이 낮아지기 때문 에 생긴다. 즉 화학퍼텐셜이 순수한 용매에 대한 μA*로부터 용질이 존재할 때 의 값 μA*+RTlnxA로 감소하기 때문에 나타난다. (xA

자연과학| 2006.07.05| 12페이지| 1,500원| 조회(733)

분자량, 어는점내림, 어는점

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[전기전도도]전기전도도

(실험4)전기전도도- -1. 실험 목적전해질의 특성과 수용액의 전도도를 결정하는 과정을 배운다.2. 이론(1) 전도도란 무엇인가?전류는 전해질 용액 속에서 양이온과 음이온이 서로 반대 방향으로 이동함에 의해 서 전도된다. 저항의 역수로서 정의되는 전도도는 이온 수, 각 이온의 전하, 그리고 이온이 이동하는 속도에 비례한다. 전도도 측정은 물리화학에서 약전해질의 이온화 상수 결정, 이온이 생성 또는 소멸되는 반응의 평형상수와 반응속도의 결정, 용액 의 적정, 그리고 이온간 힘의 연구에 이용된다.온도가 올라가면 이온의 속도가 증가하고 용매의 점성도가 감소하며 이온간의 정전 기적 작용이 줄고 흔히 약전해질의 경우에는 이온화가 증가하기 때문에 용액의 전 도도가 증가한다. 경험의 규칙에 의하면 수용액의 비전도도는 온도가 올라감에 따 라서 섭씨 1도당 약 2%정도 증가한다. 그러므로 정확한 전도도 측정에서는 온도를 주의깊게 조정할 필요가 있다.비전도도는 1㎠의 두 전극판이 나란하게 1㎝떨어진 사이에 들어있는 용액 입방체의 전도도이다. 당량전도도란 전해질 1당량을 포함하는 용액의 체적이 나란하게 1㎝ 떨어진 두 전극 판 사이에 들어갔을 경우의 전도도이다. 당량 전도도는 직접 측정 하지 않고 비전도도를 써서 측정한다.Λ = 당량전도도k = 비전도도veq = 당량을 포함한 용액의 부피(㏄)C = 농도 (당량/ℓ)비전도도는 용액이 묽어짐에 따라서 감소하며 마침내 순수한 용매의 비전도도에 이 르게된다. 당량전도도는 묽힘에 따라서 증가하는데, 이는 약전해질의 경우에는 해 리가 늘어나기 때문이고 모든 경우에 있어서 이온간 인력이 감소하고 전기 이동 효 과가 감소하기 때문인다. 일가 전해질의 경우 대략 0.01M 이하의 농도에서는 Onsager 극한식이 성립하게 된다. 다가 이온 용액의 경우에는 다음식으로부터의 벗어남이 훨씬 낮은 농도에서 있게 된다.Λ = 농도 C에서의 당량전도도Λ0 = 무한희석에서의 당량전도도C = 농도 (당량/ℓ)상수 A와 B는 용매의 유전상수와 점성도, 온도, .약전해질의 해리도는 대략 전도도비, 즉, 측정한 전도도와 무한 희석에서의 계산 값과의 비도 주어진다.이 근사는 농도가 감소할수록, 즉 묽은 용액에서 더 잘 맞는다. 전도도는 보통 용 액의 저항 측정값으로부터 계산된다. Wheatstone 브릿지를 사용한 저항 측정의 원리를 아래에 간단히 나타내어 보았다. 대칭적 1000-cycle ac를 브릿지에 보낸 다. 표준 가변 저항 RS를 검출기 D에 최소 전류가 흐를때까지 보낸다. 영점에서는 다음이 성립된다.Rx = 미지저항Rs = 표준가변저항R* = 브릿지 비RaRbRsRxCD상품화한 프릿지에는 간단히 다이알만 돌려서 브릿지 비가 10-3부터 103까지에 걸쳐 서 10의 정수 승의 어느 값이 될 수 있도록 샨트계가 있다. 검츨기로서는 이어폰, 오실로스코프, ac 전압계 또는 진공관 증폭기등이 쓰인다. 검출기에는 균형점 근처 에서 감도를 높이기 위해서 이득제어가 있어야 한다. 브릿지 가지들은 분리되어야 하고 유도효과를 최소로 하기 위하여 서로 직각이 되게 하여야 한다. 도선은 유도 효과가 없도록 감아야 한다. 위에서 나타낸 간단한 회로는 +-1/2% 정밀도에 적합 하다. 유도저항 효과를 피하고 보다 높은 정밀도를 얻기 위해서는 Rs를 건더너 연 결된 가변 커페시터 C를 전기 전도도 용기와 용액의 커페시턴스가 균형이 되도록 조절한다. 이 커페시턴스를 모르면 시행착오법을 쓴다. 커페시터 C가 없이 근사적 균형을 얻는다. 다음에 커페시터를 집어 넣고 최소 시그날이 얻어질때까지 조절한 다. 그리고나서 브릿지를 재균형시키다. 보다 고도의 정밀도가 필요한 일에서는 필 요의 여러 부분을 저항과 접지를 적절하게 결합한 접지를 할 필요가 있다. 1000-cycle 전류를 절충적으로 사용한다. 고주파는 회로 저항을 증가시키는 한편 저주파는 전기분해를 일으킨다.전기 전도도 용기는 pyrex나 석영으로 된 것이 좋다. 왜냐하면 연질 유리로부터 용액으로 나온 붉순물이 낮은 전해질 농도에서 전도도를 상당히 증가시키기 때문이 다. 용기의 주입의 증류수도 충분하다. 이온교환 수지를 사용한 탈 무기염 물도 적합하 다. 물의 비저항이 105ohm-㎝정도이어야 한다.전도도 측정에서는 보통의 실험과정이 용기에 포함된 일정량의 용액의 저항을 재는 것이다. 각 용기는 약간씩 모양이 다르고 보통의 전극들은 우연히 일치하는 경우를 제외하고는 정확하게 나란하지 않으며 1㎠가 아니고 1㎝떨어져 있는 것도 아니다. 그러므로 관측한 저항은 비저항이 아니다. 그러나 용기 모양은 일정하므로 비저항 은 다음의 간단한 관계식을 써서 계산할 수 있다.R = 비저항r = 관측한 저항k、 = 용기상수전도도가 원하는 양이므로 실험적 측정으로부터 비전도도를 얻기 위해서는 다음을 쓰는 것이 더 편리하다.k = 비전도도용기상수 k、는 보통의 비저항이 정확하게 알려진 표준보정용액의 저항을 측정하 여 정한다. 용기상수는 용기를 사용할 때마다 다시 결정하여야 한다.(2) 전도도법의 종류 및 적정1) 직접 전도도법 분석직접 전기전도도 측정법은 모든 전하를 띤 각종 성분 화학종이 용액의 총전기전 도도에 기여하기 때문에 선택적으로 분석해 내지 못한다. 그러나 이 방법의 가 장 일반적인 응용은 증류수 또는 탈염수의 순도를 측정하는 것이다. 순수한 물 의 비전도도는 5×10-8mho/㎝이다. 만약 이온성 분순물이 미량만 들어 있어도 전도도는 1단위 또는 그 이상 증가한다. 직접 전도도 측정법의 중요한 최근의 응용은 이온 크로마토그래피법으로 이온을 분리한 후 이온을 검출하는데 이용하 는 것이다. 또 전도도 측정법은 알칼리 또는 산과 같은 한가지의 강전해질만이 녹아 있는 용액의 농도를 측정하는데 사용된다. 용액의 전도도는 용질의 무게가 20%까지의 범위에서 농도에 따라 거의 직선적으로 증가한다. 이러한 분석은 검 정곡선을 이용하여 정량하도록 한다.전도도 측정은 어떤 종류의 원소분석을 하는 데 이용된다. 예를 들면 탄화수소 중의 황은 이것을 연소하여 생긴 이상화황을 과산화수소에 흡수시키고 이때 생 성된 황산 때문에 나타나는 전도도 증가를 측정하면 황의 농도를정, 즉 3개에서 4개정도를 측정해야 한다. 부피변화에 대한 보정을 하고 나서 전기전도도를 적가액의 부피 의 함수로 도시한다. 두 직선 부분을 외연장하여 서로 만나는 점을 당량점으로 취하면 된다.전기전도도법의 종말점을 화학종에 따라 특수하게 나타나지 않는다. 이 방법은 모든 종류의 적정법에 적용할 수 있지만 산화-환원 적정에는 적용하기 곤란한 경우가 많다. 즉, 이러한 반응에는 특히 수소이온이 많이 포함되어 있으며 이것 이 전도도 변화가 뚜렷하게 나타나는 것을 방해하게 된다.- 산-염기 적정전도도법 적정은 특히 산-염기 적정에 잘 적용된다. 이것은 수소이온과 수산 화이온의 전도도가 적정용액에서 이것과 대치되는 다른 이온들의 전도도에 비 하여 대단히 높기 때문이다.- 강산과 강염기의 적정전도도가한 NaOH 부피(㎖)H3O+Cl-Na+OH-위 그림은 염산을 수산화나트륨으로 적정할 때 전도도를 측정하여 얻은 적정 곡선이다. 이 적정곡선은 부피변화에 대한 보정을 하였고 각종 이온이 용액의 전도도에 기여하는 정도를 계산하여 점선으로 나타내였다. 중화반응이 일어나는 동안 수소이온은 같은 수의 나트륨이온으로 바뀌고 이 치환에 의해 전도도는 낮아진다. 수소이온과 수산화이온의 농도는 당량점에서 최소로 되며 용액은 가장 낮은 전도도를 나타낸다. 종말점을 지나면 기울기가 바귀고 그 이후에는 나트륨이온과 수산화이온의 농도가 증가한다. 당량점 부근을 제외하고는 전도도와 적가한 염기의 부피사이에 분명한 직선관계가 성립한다. 이 결과 당량점 한 편에서 둘 또는 세 점만을 측정하면 종말점을 검출할 수 있다.강산이나 강염기를 적정하는 동안 전도도의 변화 백분율은 용액의 농도와 무관하게 같게 나타난다. 따라서 매우 묽은 용액도 진한 용액과 같은 정도로 정확히 분석할 수 있다.- 약산 또는 약염기의 적정전도도NaOH의 부피 (1)전도도NaOH의 부피 (b)전도도NH3의 부피 (c)전도도NH3의 부피 (d)전도도NaOH의 부피 (e)전도도AgNO3의 부피 (f)전도도법에 의한 대표적인 여러 종류)는 아세트산을 강염기, 수산화나트륨 용액으로 적정한 전도도법 적정곡선이다. 적정곡선의 처음은 직선이 아니므로 종말점을 정하는 데에 문제가 있다. 그러나 진한 용액을 사용하면 적정이 가능하다. 적정 중에 일어나는 조성의 변화로 이 곡선을 해석할 수 있다. 이 경우에 처음 용액에서는 수소이온의 농도가 상당히 크다. 염기를 가하면 완충계가 형성되며 따라서 수소이온 농도도 감소한다. 이러한 감소와 동시에 산의 짝염기와 나트륨이온의 농도가 증가한다. 이러한 두 가지 효과는 서로 반대로 작용한다. 처음에는 수소이온 농도의 감소가 우세하여 전도도는 감소하게 된다. 그러나 적정이 진행됨에 따라 pH는 안정화된다. 염의 농도가 증가하게 되고 드디어 전도도가 직선적으로 증가하게 된다. 당량점을 지나면 수산화이온의 전도도가 크기 때문에 적정곡선을 급격히 증가하게 된다. 원칙적으로 약산 또는 약염기의 적정곡선은 그림 (b)와 같은 일반적인 모양을 하고 있다. 그러나 매우 약한 화학종은 이온화가 대단히 적게 되고 완충영역이 성립되므로 산 또는 염기의 세기가 커지면 적정곡선의 굽힘도 커진다. 이온화상수가 10-5보다 큰 약산 또는 약염기의 경우에는 굽힘이 뚜렷하여 종말점을 쉽게 구별할 수 있다. 그림 (c)는 아세트산과 같은 약산을 약염기인 암모니아 수용액을 사용하여 적정한 것이다. 적가액이 약전해질이기 때문에 적정곡선은 당량점을 지나도 수평이다. 적가액으로 암모니아를 사용하면 수산화나트륨을 사용하는 경우보다는 더 명확하게 외연장될 수 있는 적정곡선이 얻어진다.- 대단히 약한 산 또는 염기의 적정그림 (d)는 아세트산이온과 같은 매우 약한 염기를 염산용액으로 적정한 적정곡선이다. 염산이 가해지면 염화나트륨과 아세트산이 생성된다. 아세트산이온과 치환하는 염화이온은 더 큰 이동도를 가지기 때문에 총 전도도는 약간 증가한다. 종말점을 지나면 과량의 수소이온이 적가되므로 전도도는 급격히 증가한다. 이와 같이 매우 약한 산이나 염기와 같이 지시약으로 종말점을 만족하게 얻을 수 없는 경우의 적다.

자연과학| 2006.07.05| 13페이지| 1,500원| 조회(1,096)

전도도, 전기, 전기전도도

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[화학]빅터마이어

(실험1)Victor Meyer를 이용한분자량 측정- -1. 실험 목적Victor Meyer 법을 사용하여 휘발성 물질이 대략적인 분자량을 결정하는 방법을 공부한다. 기체의 분자량은 주어진 온도 T와 압력P에서 w그램의 기체가 차지하는 부피V를 알면 이상기체 상태 방정식으로부터 분자량을 구할 수 있다.2. 이론(1) 보일의 법칙영국의 철학자이자 시니학자였던 보일은 기체를 밀폐된 상태에서 연구하였다. 그는 기체를 압축시키거나 팽창시킬 때 기체는 원래 상태로 되돌아가려는 성질이 있다는 이미 잘 알려진 사실에 주목했다. 이 성질은 그와 같이 연구했던 후크가 발표한 금속 용수철의 성질과 매우 비슷하였다. 보일은 공기의 압축과 팽창에 대한 실험을 1662년에 공기의 탄성효과라는 제목의 논문으로 발표하였다.보일의 실험장치는 간단했다. J-관인 이 장치는 한쪽 끝이 막혀 있고 그 안에 공기가 수은에 의해 갖혀있다. 두 수은면의 차이가 h가 0이면 공기의 압력은 대기압과 정확히 균형을 이루므로 압력 P는 1기압이 된다. 열려진 관의 끝으로 수은을 더 가하면 열려진 쪽의 수은 높이가 막힌 쪽 보다 높게 되는데 올라간 수은 기둥의 높이 1㎜마다 밀폐된 공기의 압력은 1㎜Hg만큼씩 증가한다. 이 기압을 표시하면 다음과 같다.같혀 있는 공기의 부피는 부피를 미리 보정한 관의 눈금으로부터 간단히 읽을 수 있다. 보일은 공기 시료에 대해서 일정한 온도에서 압력과 부피의 곱이 일정함을 발견했다.이와 같은 관계를 보일의 법칙이라고 한다.관계식 P=C/V는 쌍곡선 식이다. 실제로는 쌍곡선처럼 보이는 곡선이 쌍곡선이 아닌 경우가 많다. 보일의 실험결과를 PV=C식으로 나타내어지는지를 어떻게 알 수 있을까? 이런 의문에 답하기 위해서는 실험자료를 다음 두 가지 방법으로 확인해 보아야 한다. 첫째로 보일의 법칙은 다음과 같이 적을 수 있다.P는 1/V에 정비례한다. 즉 1/V에 대한 P의 그래프는 기울기가 C이면서 반드시 원점을 통과하는 직선이 되어야 한다. 둘째로 PV=C이므로 P에 대해서 P 기체에 대해 정확한 결과를 얻기 위해서는 약간의 보정이 필요하고 높은 압력(50～100기압)하에 있는 기체에 대해서는 상당한 보정이 필요하다.(2) 온도와 샤를의 법칙많은 사람들이 온도에 대해 잘 알고 있다고 생각하고 있지만 실제로 온도는 정량적으로 표시하기 어려운 성질이다. 감촉을 통해서 우리는 뜨거움과 차가움에 대한 본능적인 느낌을 가지고 있다. 예를 들면 어는점에 있는 물은 끓는점에서의 물에 비해서 차가우며 따라서 낮은 온도를 가진다. 섭씨 온도 척도에서 물의 어는점을 0℃로 그리고 끓는점(1기압에서)을 100℃로 정했다. 화씨 온도 척도에서는 어는점이 32℉이고 끓는점은 212℉이다.위와 같은 방법으로 두 개의 고정된 점을 정했다고 하더라도 온도 척도를 정의하는 문제가 해결된 것은 아니다. 예를 들어 에터는 대기압 하에서 0℃와 100℃ 사이의 어떤 온도에서 끓는다. 에터의 끓는점의 온도를 어떻게 정할 것인가? 또 다시 임의적인 온도를 정하는 것은 현명한 방법이 아니다. 온도는 압력과 같은 역학적 양이 아니기 때문에 온도를 정량화하기는 어렵다.다행히 온도에 따라 변하는 역학적 성질들이 있다. 예를 들면, 액체 수은을 0℃에서 100℃까지 가열하면 부피가 1.82% 증가한다. 온도에 따른 이러한 부피 변화는 온도 척도를 정하는 근본원리로 사용될 수 있다. 온도와 수은 부피가 직선 관계에 있다고 가정할 수 있다면 관에 들어 있는 수은 부피에서 온도를 간다히 읽을 수 있다. 이렇게 온도를 정의하면 온도는 특정한 물질, 즉 수은의 성질에 의해 정의된다는 문제가 남는다. 수은을 척도로 해서 다른 물질의 부피를 측정하면 그들의 부피와 온도와는 선형함수관계가 아니다. 그렇다면 왜 다른 물질이 아닌 수은을 선택해야 하는가? 그리고 온도가 수은의 끓는점 이상과 어는점 이하인 경우는 온도를 어떻게 정의하는가? 이 물음에 답하기 위해 온도 변화에 따른 기체의 행동을 살펴보자.보일은 밀폐된 상태에 있는 기체의 압력과 부피의 곱이 가열하면 변하는 사실을 즉 온도에 의존함을 매우 다양하게 변한다. 이러한 공통적인 기체 행동은 다음 식처럼 온도를 기체 부피의 선형 함수로 표현할 수 있음을 의미한다.위 식에서 V는 온도 t에서의 기체 부피이고 V0는 물의 어는점에서의 기체 부피이며 c는 모든 기체에 대해 동일한 상수이다. 이 식은 물의 어는점(V=V0)에서 t=0이 되어 섭씨 온도로 값이 0이 되는 1차 방정식이다. 끓는점에서 증가된 부피를 측정하면 상수 c 값을 정할 수 있다. 1802년에 게이 뤼삭이 c값은 267℃라고 보고하였다. 그 후에 계속된 일련의 실험들에 의해서 좀더 정확하게 c=273.15℃로 정해졌다. 따라서 온도의 정의는 다음과 같다.기체의 온도는 낮은 압력 하에 있는 기체의 부피를 측정하여 물의 어는점에서의 기체 부피와 비교함으로 쉽게 측정할 수 있다. 대부분 기체의 경우에 대기압은 기체가 이상적으로 행동할 충분히 낮은 압력이기 때문에 별 문제가 없다. 그러나 아주 정확하게 온도를 측정하기 위해서는 보다 낮은 압력에서 측정하거나 혹은 대기압에서 측정한 값을 약간 보정해 주면 된다.이렇게 온도를 정의한 후 수은 척도로 되돌아가 온도에 따른 수은 부피의 실제 변화를 측정할 수 있다. 측정결과 수은의 부피와 온도는 완전히 직선 관계는 아니지만 거의 직선에 가까운 상관관계를 가진다. 예를 들어 수은 온도계를 0℃에서 100℃까지 기체 온도계와 맞도록 눈금을 조절하고 이 온도사이의 눈금을 100 등분하여 사용하면 수은온도계의 경우와 약간의 오차가 생긴다. 기체 온도계로 40.00℃가 수은 온도계에서는 40.11℃가 된다. 이는 수은같은 액체의 부피피는 엄격한 의미에 있어서 온도에 대해 선형함수가 아님을 말한다.앞의 식을 바꾸어 기체의 부피를 온도의 함수로 다음과 같이 나타낼 수 있다.다시 말하면 기체의 부피는 온도에 대해 선형함수이다. 이것이 샤를의 법칙의 가장 일반적인 표현이지만 이 선형관계는 온도의 정의에 이미 내포되어 있기 때문에 어떤 면에서는 오해를 일으킬 수 있다. 여기에서 중요한 결과는 모든 기체가 낮은 압력에서는 온도의 하한이라고 말하고 이 온도를 정대영도라고 한다. 모든 실체 기체는 절대영도에 도달하기 전에 기체나 고체로 변한다. 좀 더 정확한 논의에 의하면 모든 물질은 -27.15℃ 이하로 냉각시킬 수가 없다. 실제로 절대 영도에 근접할수록 물질의 온도를 낮추기가 더욱 더 어려워진다. 지금까지 도달한 가장 낮은 온도는 절대영도보가 수 마이크로 온도 높은 값이다.절대영도를 온도 척도의 원점으로 하는 것은 아주 합리적인 선택이다. 이러한 척도로서 가장 쉬운 방법은 섭씨 온도에서 273.15를 더해주어 온도를 맞추는 방법이다. 이렇게 만들어진 척도가 다음의 캘빈온도 척도이다.여기서 대문자 T는 절대온도를 나타내며 단위는 K이다. 따라서 25.00℃는 273.15+25.00=298.15K가 된다. 캘빈온도 척도에 의하면 샤를의 법칙ㅇㄴ 다음과 같아진다.위에서 비례상수는 기체의 양과 압력에 따라서 달라진다. 일정량의 기체가 일정한 압력하에 있을 경우에 부피와 온도와는 다음의 관계가 성립한다.(3) 아보가드로의 가설기체의 결합부피에 관한 게이-뤼삭의 법칙은 돌턴이 원자론을 제안한 몇 년 뒤에 발표되었다. 이들 두 이론의 상관관계는 3년 후인 1811년 이탈리아의 물리학자 아보가드로에 의하여 확인되었다. 아보가드로는 기체의 결합부피에 관한 게이-뤼삭의 법칙은 기체의 종류에 관계없이 일정한 조건에서 같은 부피속에 들어있는 입자들의 수는 서로 같다고 추정함으로써 설명될 수 있다는 의견을 제시하였다.그러므로 다음의 반응에서 HCl과 NH3는 1:1의 부피비로 결합한다. 왜냐하면, 이 반응에서 한 분자의 NH3에 대해 한 분자의 HCl이 소비되는데 왜냐하면 이들 기체는 같은 부피속에 같은 수의 분자를 포함하고 있기 때문이다.만약 풍선을 부풀리려고 하는 사람은 누구나 기체의 부피는 그 기체의 입자수에 비례한다는 다음의 식을 유의해야 할 것이다.풍선에 공기를 주입할수록 풍선은 점점 더 크게 부풀려진다. 그러나 이것은 같은 부피의 서로 다른 기체들이 같은 수의 입자를 포함한다는 아보가드l의 기체를 채우고 그 무게를 다시 측정한다. 이들 두 측정값의 차이가 바로 기체 50ml의 질량이 된다. 이와 같은 방법으로 하여 분자의 수를 측정한다.(4) 이상기체상태방정식지금까지 논의에 의하면 낮은 압력에서 기체성질들은 다음과 같다.보일의 법칙은 다음과 같다.(일정한 온도, 일정량의 기체)그리고 샤를의 법칙은 다음과 같다.(일정한 압력, 일정량의 기체)여기에서는 T는 절대온도로서 이는 캘빈온도이다. 이외에 다음식도 성립한다.(일정한 온도, 일정한 압력)여기에서 n은 물질의 화학량으로 몰 수에 해당한다. 일정한 온도와 일정한 압력하에서 물징의 양이 2배가 되면 부피도 당연히 2배가 되어야 하기 때문이다. 이 세가지 법칙을 한 식으로 결합하면 다음과 같아진다.여기에 비례상수 R을 도입해서 정리하면 다음과 같다.혹은이것이 이상기체상태방정식으로 실험법칙이다. 이 법칙은 대기압 부근에서는 거의 모든 기체에 대해서 잘 맞으며 압력이 낮아질수록 더 정확하게 성립한다.실제로 기체가 처음상태에서 나중상태로 변하는 상황을 자주 접하게 된다. 이런 경우에는 R이 상수이므로 다음과 같이 적을수 있다.이 식은 실제로 자주 사용되는 이상기체의 또 다른 표현식이다.(5) 반데르발스 상태 방정식이상기체 상태방정식에 대해 보정할 사항을 1873년 네델란드 물리학자 반데르발스가 제안하였다. 가장 오래되었고 또 중요한 개선점을 지적한 것이다. 반데르발스 상태 방정식은 다음의 형태를 가진다.이상기체 법칙과 비교하면 분자간 힘에 기인하는 두 종류의 보정이 있음을 알 수 있다. 분자간 힘에는 짧은 거리에서의 반발력과 먼 거리에서의 인력이 있다. 반발력으로 인해서 분자들은 서로 겹쳐지지 않는다. 반반력 때문에 한 분자가 다른 분자의 몸통 부피내로는 들어갈 수가 없으므로 분자가 움직여 다닐 수 있는 용기의 실제유효부피는 V가 아니라 V-nb라고 하는 것이 더 타당하다. 여기에서 b는 1몰의 분자 자신들이 차지하고 있는 배제된 부피를 나타내는 상수이다. 그리고 분자간에는 인력도 작용하므로 분자들은이다.

자연과학| 2006.07.05| 11페이지| 1,500원| 조회(421)

끓는점, 화학, 빅터마이어, 끓는점오름, 빅터마이어법

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[생물실험]현미경

(실험7)현미경Ⅰ. 실험목적광학현미경과 캠코더 조작법을 알고 여러 미세 사물들을 현미경으로 관찰할 수 있다. 광학 현미경이란 표본으로부터 빛을 사용하여 대물렌즈에 의해 표본이 확대된 실상을 맺고, 이것을 접안렌즈에 의해서 재확대하는 장치.Ⅱ. 이 론(1) 현미경의 역사현미경에 관한 기록은 AD 1000년경 그리스와 로마시대의 렌즈의 사용때부터이다.미세한 사물을 확대하기 위하여 렌즈를 사용하였지만 현재로서는 그 기원을 밝히기에는 기록이 부족하다. 다만 현재의 현미경과 같은 구조를 지닌 현미경 (Multiple lens) 을 발명한 사람은 1590년대의 네덜란드사람인 얀센 (Zacharias Jansen) 과 John Lipperhey이다. 당시의 발명품은 주로 해양탐사를 위해 사용되어 그 형태는 망원경의 모습을 하고 있었다. 이후에 현미경 기술에 지대한 발전을 미친것이 바로 렌즈의 가공 기술인데 반세기 후의 현미경은 17세기 네덜란드 사람인레벤후크 (Anthony van Leeuwenhoek :1632~1723) 와 로버트 후크 (Robert Hooke) 에 의해 현재의 현미경의 모태가 되었으며 이들은"짧은 촛점거리 (焦點距離, focal length- 렌즈의 중심축과 초점이 맺히는 부분까지의 거리) 를 지닌 렌즈가 배율을 결정짓는 중요한 요소" 라는것을 발견하였다.그들은 또한 순도가 높은 석영을 가공하여 유리를 만들어 렌즈를 제조하였으며 현미경 화상을 불명확하게 만드는 색수차(chromatic aberration-빛이 지니고 있는 각각의 고유한 파장 때문에 생기는 현상)도 발견하게 된다.윗그림은 현재 현미경의 모태가된 후크 현미경의 가상도이며 제물대(Specimen Holder)와 조명장치가 장착되어 있다. (1670년)1758년 존 달라드 (John Dollard)는 색수차 현상을 제거시킨 achromatic lens (색지움 렌즈)를 특허 신청했으며 1930년대까지 대부분의 현미경에서 achromatic lens를 사용하게 된다.17세기 이후 1882년부터 급속한 발전을 이루웠으며 산업, 생물 연구 분야에서 없어서는 안될 중요한 부분을 차지 하고 있다. 최근 에는 반도체 장비에 까지 응용되고 있으며 현미경의 가치를 한단계 더 높였다.이상과 같이 현미경에 관해 간단히 알아보았지만 현미경은 인류가 가지고 있는 미세 영역을 보고자 하는 열망에 부응하며 의학계와 산업계에 지대한 영향을 끼친 인류 최고의 발명품 이기도 하다. 현미경이 없었다면 미생물, 세포, 박테리아라는 존재도 우리에겐 없었을 것이고 가전제품에 쓰이는 기판하나도 만들 수 없었을 것이다.(2) 현미경의 발명너무 작거나 멀리 있어서 맨 눈으로 분석할 수 없는 물체를 볼록렌즈와 오목렌즈를 사용하여 확대해서 본다는 착상은 과학에 혁명적인 변화를 가져왔다.작은 물체를 확대하는 기능을 가진 현미경은 1590년에 네덜란드의 젠센에 의해 최초로 발명되었고, 현미경의 초점 조절 장치는 1668년 이탈리아의 캄피니가 개발하였다. 1660년 네덜란드의 과학자 뢰벤후크는 최초로 현미경을 사용하여 박테리아를 관찰하였는데, 그가 만든 270배율의 현미경은 미생물과 인간의 혈구를 연구하는데 가장 좋은 것이었다. 현대의 광학 현미경은 배율이 수 천 배에 이르는데, 이 정도의 배율을 얻기 위해서는 여러 개의 렌즈를 사용해야 한다. 따라서 효율적인 광학 현미경의 설계는 한계에 부딪히고 말았다.이에 대한 대안으로 등장한 것이 전자 현미경이다. 전자 현미경은 100만 분의 1밀리미터 정도의 물체를 전자의 파동성을 이용하여 관찰하는 장치이다. 전자 현미경에는 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경이 있다. 전자 현미경은 생물학에 커다란 진보를 가져왔으며, 암석의 연구, 재료 과학, 반도체 제조 등에 요긴하게 사용된다.전자 현미경은 1926년 한스 부쉬가 설계했다. 부쉬의 발명은 1873년 에른스트 아베의 이론적 업적과, 이를 이은 베를린 공대의 에른스트 루스카와 막스 크놀의 노력에 기반을 두었다. 그들은 1933년에 전자 현미경을 최초로 실용화시켰다.(3)현미경의 한계와 해상력을 결정짓는 요 좌우하기 때문이다. 분해능이란 어느 한계선에 이르기 까지 두 개의 작은 물체가 여전히 분리되어 보이는가를 측정하는 것이 분해능이며 분해능 값이 작을수록 해상도가 좋다고 말할 수 있다.가령 현미경의 분해능이 0.5μm라고 가정한다면 0.5μm까지 떨어져 있는 두 개의 물체를 분리하여 볼 수 있다는 의미인 것이다.즉, 분해능 (Resoving power) = 0.61 λ / NA(numeral aperture:개구수) 이며 이때 λ는 빛 의 파장,* NA (numeral aperture:개구수)= n × sin u* n : 커버글라스와 대물렌즈의 맨 앞에 있는 렌즈 표면 사이의 매개물질 [예, 공기, 물, 유 침오일(immersion oil)]의 굴절률 (refraction index; RI)* sin u : 렌즈의 광축 (optical axis)과 대물렌즈로 들어가는 빛 중 가장 바깥의 광선으로 이뤄지는 각도즉 NA (렌즈의 개구수)값이 크고 광원의 파장이 짧을수록 분해능은 좋아지게 된다. 통상 대물렌즈의 NA값은 렌즈에 쓰여져 있다.또한가지 분해능을 결정짓는 빛의 파장에 대하여 말하자면 학교 생물시간에 다뤄봤던 현미경은 그냥 자연광을 이용하지만 대개는 관찰물을 보기위해 광원(Lihgt source)으로 백색광 할로겐, 수은, 레이져광을 이용한다.할로겐의 파장 영역이 가장 넓으며 다음이 수은, 그 다음이 레이져이며 할로겐처럼 파장의 영역이 넓다는 얘기는 다시 말해 시료에 반사되는 빛이 다양하다는 의미이며 각각의 빛이 (빨주노초파남보) 다양한 반사율을 가지고 시료에서 반사 되므로 배율이 높아질수록 뚜렷한 화상을 얻을 수 없게 되는 것이다. 이는 이미 설명되었지만 렌즈가 갖고 있는 특성중 하나로서 색수차(Chromaticaberration, 色收差)라고 부른다. 따라서 할로겐 백색광을 이용하여 관찰할 때는 특정 파장만을 통과시키는 필터를 사용하여 관찰하기도 한다.(4) 현미경의 용도현미경 용도는 크게 연구분야(생물학,의학, 화학, 재료학, 고고학....)와 산업분, 수질 검사등이외에도 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.(5) 광학 현미경1) 광학 현미경의 구조① 렌즈 : 접안렌즈와 대물렌즈가 물체의 상을 확대하여 크게 보이게 한다.* 접안렌즈 : 눈으로 들여다보는 쪽의 렌즈* 대물렌즈 : 회전판에 붙어 있는 렌즈② 조절나사 : 조동나사와 미동나사가 있다.* 조동나사 : 경통이나 재물대를 상하로 움직이게 하는 나사이며 상을 찾고 대충 초점을 맞출 때 사용한다.* 미동나사 : 초점을 정확히 맞추는데 사용.③ 경통 : 접안렌즈와 대물 렌즈를 연결하는 원통으로 대물 렌즈로 들어온 빛이 지나가는 통로.④ 재물대 ; 프레파라트를 올려놓는 곳으로 중앙에 빛이 통과하는 구멍이 뚫려 있다.⑤ 회전판 : 대물 렌즈가 붙어 있는 둥근 판으로, 대물 렌즈의 배율을 바꿀 때 이용.⑥ 조명 장치 : 빛을 공급하는 장치* 광원 장치 : 전등을 켜서 빛을 대물 렌즈 쪽으로 보내주는 장치로 밝기를 조절한다.* 반사경 : 자연광을 반사시켜 대물 렌즈 쪽으로 빛을 보내는 거울* 조리개 : 재물대의 구멍으로 가는 빛의 양을 조절하는 장치2) 현미경의 종류① 광학 현미경 : 가시광선을 사용하여 관찰하며 분해능이 낮다.* 복합 현미경 : 단안, 쌍안, 삼안 현미경 등이 있다.* 실체 현미경 : 물체를 직접 재물대 올려놓고 보는 현미경* 위상차 현미경 : 생체 관찰이 용이하다.* 편광 현미경 : 광물, 암석 등을 관찰할 때 사용② 전자 현미경 : 가시광선 대신 전자파를 사용한다. 상은 눈으로 직접 볼 수 없고 사진이나 형광판에 나타난 것을 관찰한다. 투사 전자 현미경과 주사 전자 현미경이 있다.③ 원자 현미경 : 주사 터널링 현미경과 원자력 현미경이 있다.3) 광학 현미경 조작법① 시료가 놓여져 있는 Stage를 대물렌즈로 부터 멀리 놓이게 한다.이는 현미경을 다루는데 있어서 가장 기초가 되는 부분이며 이렇게 하므로써 실수로 고배율로 대물렌즈를 회전시켜도 시료와 부딪혀서 생기는 렌즈나 시료의 손상을 방지 하게 된다.② 광원을 조절한다.최근의 현미경은 대부분 조명은 대물렌즈의 배율이 5배일 경우 5배의 대물렌즈부터 관찰한다.⑤ 접안렌즈를 선택한다.4번까지의 모든 작업이 끝났으면 적당한 대안렌즈를 선택한다. 대물렌즈는 고정되어 있으나 대안렌즈를 통하여 배율을 조절할 수 있다. 대안렌즈는 보통 X10,X15배가 주를 이루고 있다.현미경의 배율은 접안렌즈와 대물렌즈의 배율을 곱한것이므로 (예: 대안렌즈 20배, 대물렌즈 10배일경우 총 200배가 된다)적당한 접안렌즈를 선택하여 접안렌즈부에 꽂는다.⑥ 관찰한다.단안렌즈의 경우 보통 왼쪽눈을 사용하여 보며 이는 왼쪽눈으로 관찰하며 오른쪽눈으로는 관찰한 시료를 스케치 하기 위한 것이다. 단안렌즈라고 하더라도 두눈을 뜨고 관찰한다.관찰할 때 대략적인 초점은 조동나사를 이용하여 맞추며 세밀한 초점을 맞출 때에는 미동나사를 이용하면 편리하다. 현재는 현미경의 사용용도와 현미경 제조사에 따라 조동 미동나사의 위치가 다른 경우가 많다.※ 촛점을 맞추기 힘들때 간단하게 맞추는 방법초보자의 경우 저배율에서 스테이지를 위아래로 아무리 움직여도 촛점을 맞추기 힘들때가 있는데 이때에는 우선 반사경을 조절하여 시야가 제대로 확보 되어있는지 확인하고 시야를 확보한후 가장 배율이 높은 대물렌즈를 시료와 최대한 가깝게 놓고 다시 저배율의 대물렌즈로 돌려놓는다. 그다음 저배율 렌즈에서 스테이지를 조금씩 내려가면서 시료를 찾아가면 쉽게 찾을수 있다.(6) 렌즈의 특성렌즈는 사물을 확대하여 보는 물체로서 광학적으로 고유한 특성을 가지고 있다.이를 수차(收差:Aberration)라고 하며 주로 렌즈의 형태와 빛에 의해 발생하는 현상이다. 종류는 모두 5가지 이며 파장의 차이로 생기는 색수차를 제외한 수차를 구면수차라고 하는데 이는 렌즈의 형태에 의해서 나타나는 현상이다. 현미경으로 시료를 관찰할 때 상이 흐려져 보이거나 굴곡져서 보이는 것은 수차 현상 때문이기도 하다.1) 수차의 종류 및 특성① 구면수차 (球面收差:Spherical Aberration)통상 현미경에 쓰이는 렌즈는 형태가 양쪽으로 배가 나온형상.

자연과학| 2006.07.05| 12페이지| 1,500원| 조회(643)

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[ph]ph측정

(실험2)pH 측정법- -1. 실험 목적① 지시약의 변색범위를 이용하여 미지의 용액 PH범위를 결정한다.② 0.1M-HCL 50ML에 0.1M-NaOH X ML 첨가시의 PH를 측정하여 PH적정곡선을 그릴수 있다.2. 이론(1) 산과 염기의 정의1) 아레니우스 이전의 정의라부아제는 자신이 분석하는 모든 산 중에는 산소원자가 포함되어 있다는 사실 을 발견하였다. 산소는 아세트산(CH3CO2H), 붕산(H3BO3), 탄산(H2CO3), 질산 (HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4)등과 같은 대부분의 산에서 발견된다. 따라서 라부아제는 모든 산들은 산소를 포함하고 있어야 한다고 믿었고 산의 형성제라 는 그리스어로부터 산소원자의 이름을 명명하게 되었다.그러나 1811년 다비는 염산이 산소를 포함하고 있지 않다는 것을 보여주며 산에 대한 라부아제의 이론을 반박하였다. 1830년까지는 HF, HBr, HI, HCN, HSCN, H2S의 수용액을 비롯하여 최소한 10종류 이상의 산소를 포함하고 있지 않은 산들이 발견되었다. 1838녀 리비히는 라부아제의 산에 대한 산소이론을 대신할 수있는 이론을 제안하였다. 즉 그는 산중에는 금속원자와 치환될 수 있는 한 개 이상의 수소원자를 포함하고 있다고 주장하였다. 그의 이론에 따르면 HSCN은 금속원소에 의해 치환되어 NaSCN같은 염을 형성할 수 있는 수소원자를 가지고 있기 때문에 HSCN은 산이라고 정의하였다. 비슷한 방법으로 생각하면 H2S도 산이 된다. 왜냐하면 H2S는 치환되어 NaSH나 Na2S같은 염을 형성할 수 있는 수소 원자를 함유하고 있기 때문이다.2) 아레니우스의 정의아레니우스는 NaCl같은 염이 물에 녹으면 이온(ion)이라는 입자를 형성하면서 해리된다고 제안하였다.약 3년후 아레니우스는 산이란 물에 녹아 H+이론과 이에 대응하는 음이온을 유 리시키며 이온화되는 중성화합물이라고 제안하고 그의 이론을 확장시켰다. 그의 이론에 따르면 염화수소가 물에 녹아 수소와 염소이온을 유리시키며 이온화되기 때문에 염니우스의 염기라고 할 수 있다.따라서 아레니우스 산은 물에 녹으면 해리되어 수소이온을 유리시키는 물질이 다. 반면 아레니우스 염기는 물에 녹아 해리되어 수산이온을 유리시키는 물질이 다.3) 브뢴스테드-로우리의 정의산과 염기에 대한 보다 넒은 정의는 1923년 브뢴스테드와 로우리가 각각 독립적 으로 제안하였는데 보통 정량적 계산은 이 개념에 근거를 둔다. 브뢴스테드-로 우리 산은 수소이온을 줄 수 있는 물질로 정의하며 염기는 수소이온을 받을수 있는 물질로 정의한다. 예를 들어 아세트산이 물에 용해될 때 수소 이온은 아세 트산에서 물로 이동한다.(산) (염기) (산) (염기)산과 염기는 짝산-짝염기쌍으로 나타난다. CH3COOH와 CH3COO-는 그러한 쌍을 이루는데 여기서 CH3COO-는 CH3COOH의 짝염기이다. 같은 방식으로 H3O+와 H2O는 짝산-짝염기 쌍을 만든다. 평형은 수소 이온을 얻기 위한 두 염기간의 경 쟁으로 형성된다고 설명할 수 있다. 예를 들어 암모니아가 물에 용해될 때 NH3 와 OH-의 두염기가 수소이온을 얻기 위하여 경쟁한다.(산) (염기) (산) (염기)브뢴스테드-로우리 개념의 장점 중 하나는 그것이 수용액에만 한정되지 않는다 는 것이다.4) 루이스의 정의루이스 구조 모형을 사용하면 산-염기의 성질을 더 일반적으로 기술할 수 있다. 이 개념에서는 아레니우스와 브뢴스테드-로우리의 정의는 특별한 경우에 해당 한다. 루이스 염기는 고립 전자쌍을 주는 화학종을 말하며 루이스 산은 이러한 고립 전자쌍을 받는 화학종을 말한다. 아레니우스 산과 염기는 이 설명이 매우 잘 맞는다. 수소 이온이 포함되지 않는 다른 반응도 루이스 산-염기 반응으로 생각할 수 있다. 예를 들어 전자가 부족한 BF3와 전자가 많은 NH3 사이의 반응 을 생각해 보자.+FF BFHN HHFF BFHN HH여기서 루이스 염기인 암모니아는 루이스 산이자 전자 받개인 BF3에 고립전자 쌍은 준다. 루이스 염기의 고립 전자쌍으로부터 두 전자가 공급된 이런 결합을 배위공유결합이라이때는 이중 화살표가 아니라 단일 화살표를 사용하여 반응이 실질적으로 완결됨을 나타낸다. 다른 세산 중에 과염소산이 있다. 만약 0.1M의 염산이나 과염소산을 물 에 녹여 0.1L의 용액을 만들면 0.1M 농도의 H3O+(aq)가 만들어진다. 용액에서 산- 염기성질은 H3O+(aq) 농도에 의하여 결정되며 따라서 이들 두 센산은 수소 이온을 내는 능력이 본질적으로 다름에도 불구하고 물속에서는 겉으로 볼 때 같은 세기를 나타낸다. 용매가 물일 때 이들은 모두 센산으로 작용하므로 물은 이들 산집단에 대하여 평준화효과를 가지고 있다고 말한다. 센 산과 물의 반응은 평형에서 오른쪽 으로 많이 치우쳐져 있으므로 이 산들 간의 차이는 검출될 수 없을 정도로 작아진 다. 한 분자당 한 개의 수소 이온을 내놓는 어떤 센 산 0.1M 용액속의 H3O+ 농도 는 단순히 0.1M이며 OH-의 농도는 다음과 같다.센 염기도 비슷하게 정의되어 순수한 물에서 실질적으로 완전히 반응하여 OH-(aq) 를 내놓는 염기이다. 아마이드화 이온과 수소화이온은 모두 센 염기이며 이들 이온 중 하나를 물 1L에 1몰만큼 가할 때 물 1L당 1몰의 OH-(aq)가 생성된다. 다른 생 성물들은 각각 NH3와 H2이다.중요한 염기인 수산화소듐은 고체이며 물에 용해되었을 때 물속의 OH- 농도를 증 가시킨다.물 속에 용해된 NaOH 1몰당 1몰의 OH-(aq)이 생성되므로 NaOH는 센 염기이다. 센염기도 수용액에서 센 산과 마찬가지로 평준화된다. NaOH, NH2- 또는 OH- 0.1 몰이 녹아서 1.0L의 용액이 만들어진다면 모든 경우에 있어서 다음과 같다.이 경우 0.10M HCl이나 HClO4 용액에서 물의 자체이온화에 의한 H3O+의 기여가 무시되듯이 물의 자체이온화에 의한 OH-의 기여는 무시된다. 물론 매우 적은 양의 센산 또는 센 염기가 순수한 물에 첨가된다면 물의 자체이온화를 고려해야 한다.(3) 약산과 약염기약한산과 약한 염기는 일부만 물과 반응한다. 따라서 그 용액의 pH는 Ka나 K 화합물은 수용 액 속에서 산으로 작용하지 못한다) 약한 산을 물에 녹일 때 초기 농도는 대개 알 고 있다. 그러나 HA의 일부만 물과 반응하여 그 농도가 일부 줄고 A-와 H3O+가 생성된다.약한산의 정의와 설명 그들의 Ka, 물에 녹을 때 H3O+(aq) 이온의 생성 등에서 단 어만 바꾸면 그대로 약한 염기와 그들의 Kb 및 OH-(aq) 이온의 생성 등에 적용된 다. 암모니아와 같은 약한 염기는 물과 부분적으로 반응하여 OH-(aq)를 생성한다.약한 염기의 Kb는 1보다 작으며 약한 염기일수록 Kb가 작다. 어떤 화합물의 Kb가 1×10-14보다 작다면 그 화합물은 수용액에서 염기로 작용하지 않는다.(4) pH 함수수용액에서 하이드로늄 이온의 농도는 10M에서 10-15M까지 변할수 있다. 이러한 방 대한 범위는 다음으로 정의되는 대수눈금의 산성도 PH를 도입하여 축소시키면 편 리하다.25℃의 순수한 물은 [H3O+] = 1.0×10-7M 이므로 pH가 다음과 같다.0.10M HCl 용액은 [H3O+] = 0.10M 이므로 pH가 다음과 같다.0.1M의 NaOH 용액은 pH가 다음과 같다.이 예에서 보는 바와 같이 H3O+의 농도가 정확히 10을 밑으로 한 지수일 때에는 로 그 값은 바로 10의 지수 값이므로 pH 계산은 특히 쉽다. 가장 흔히 접 할 수 있는 H3O+의 농도는 1M이하이며 따라서 대부분의 경우는 pH가 양의 값을 갖 도록 하기 위하여 음의 부호를 붙여 정의되었다. 높은 값의 pH는 낮은 농도의 H3O+를 의미하며 그 역도 또한 성립한다. 25℃에서는pH < 7 산성용액pH = 7 중성용액pH > 7 염기성용액(5) pH 측정기갈바니전지의 한쪽 전극이 pH가 변하는 용액에 담겨있는 Pt/H2 전극일 경우 갈바 니 전지의 전압은 pH에 따라 변한다. pH를 측정하기 위한 간단한 전지는 아래와 같다.만약 반쪽전지반응들을 다음과 같이 쓰면n=2 이고 다른 농도들과 기체의 압력은 1이므로 Q=[H3O+(가변)]2이된다.네른스트 식으로부터△g°=0불편하기 때문에 수소 반쪽전지 대신에 보다 더 휴대하기 쉽고 소형화된 전극 으로 대체한 것을 채택하고 있다. 전형적인 상업용 pH 미터에서는 두 전극을 미지 의 pH 용액 속에 담근다. 두 전극 중 하나는 유리전극이며 보통 얇은 유리구 속에 AgCl로 입혀진 은전극이 농도가 알려진 HCl 용액과 접촉하고 있다. 유리전극을 농도가 다른 미지의 [H3O+]용액에 담그면 유리전극의 얇은 유리막을 사이로 pH에 따라 전위의 변화가 생긴다. 다른 반쪽전지로는 보통 포화 칼로멜전극을 쓰는데 이 것은 액체 수은과 칼로멜의 반죽에 전기적으로 접촉되어 있는 백금선과 KCl 포화 용액으로 되어있다. 전체전지는 다음과 같이 나타낼수 있다.이것의 반쪽반응들은 다음과 같다.첫 번째 반쪽반응과 세 번째 반쪽반응은 g(AgCl|Cl-|Ag)와 g(Hg2Cl2|Cl-|Hg)의 반 쪽전지전위를 가지며 이것들은 다른 반쪽반응과 결합시킬 수 있다. 또한 이것들은 전체 전지전압에 일정하게 기여하기 때문에 △g(기준)라고 한다. 두 번째 반응은 전지에서 전위차가 변하는 원인이 되는데, 이것은 H3O+가 1.0M으로부터 미지의 가변농도로 묽어지는데 필요한 자유에너지에 해당하며 그 전위는 유리전극의 얇은 유리막 양면의 사이에 걸린다. 그러므로 전지의 네른스트 식은 다음과 같이 쓸수 있으며미지 용액의 pH는 다음과 같이 된다.유리전극은 많은 장점을 가지고 있다. 유리전극은 [H3O+]의 변화에만 감응하며 넓 은 pH 범위에 걸쳐서 감응한다. 전극의 금속을 부식시켜 수소전극의 신뢰도를 떨 어뜨리는 강한 산화제에 의해서도 영향을 받지 않는다. 용액이 진한색을 띠고 있는 경우처럼 산-염기 지시약을 이용한 색깔변화를 관측하는 것이 무의미한 경우에도 유리전극은 유용하게 쓸 수 있다. 더욱이 유리전극은 살아있는 세포 하나하나에 삽 입 할 수 있을 정도로 소형화시킬수 있으므로 생물학에도 널리 사용한다.(6) 기타 pH 측정법pH 측정법에는 이밖에 여러 가지가 있다. 그중 우리가 흔히 알고있는 리트머스는 약 300년다.

자연과학| 2006.07.05| 10페이지| 1,500원| 조회(674)

pH, 산, ph측정, 염기

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