< 1장 >* 연료전지란?연료(수소)의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 직류전기를 생산하는 장치.물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생되는 것을 역으로 이용, 연료 전극(anode)와 공기 전극(cathode)에 각각 수소와 공기를 공급해 전기와 물을 발생시킨다. 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만, 연료전지는 반응물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급받으므로 배터리와 달리 충전이 필요없고 연료가 공급되는한 계속 전기를 발생시킨다.- 유래이러한 연료전지의 개념은 1839년 영국의 W.R. 그로브라는 사람이 처음 발견했고 1960년대 초에 미국의 우주선인 제미니호, 아폴로호 등에 실질적으로 사용되기 시작했다. 현재 전 세계에서 휴대용, 자동차용, 가정용, 발전용 연료전지의 개발과 보급에 노력하고 있다.- 연료전지의 구성연료전지는 연료의 화학반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 stack, BOP(balance of plant), 스택에서 발생된 직류 전기를 교류로 변환하는 전력변환기(Invertor)로 구성된다.-연료연료전지의 연료로 사용되는 수소와 산소는 무한히 많은 양의 자원으로 지구에 저장되어 있으며, 그 결과물인 물은 환경에 무해한 물질이다. 다향한 연료를 사용할 수 있는 연료전지는 직접 수소를 원료로 사용할 수도 있지만, 천연가스 같은 화석연료, 바이오가스, 메탄올 등을 개질해 간접적으로 수소를 사용할 수도 있다.미래에는 1차 에너지인 태양 풍력, 지열 에너지 등을 이용하여 2차 에너지원인 수소로 생산하는 기술로 성장할 것이다.Volumetric power density : W/cm3 or kW/m3Gravimetric power density : W/g or kW/kgvolumetric energy density : Wh/cm3 or kWh/m3Gravimetric energy density : Wh/g or kWh/kg* 연료전지의 이점- 고효율 : Carnot cycle의 제약을 받지 않음 ( 연료전지 효율 > 4동하는 전해질( electrolyde : ohmic loss )4. 생성물과 잔여 기체가 배출( flow field & elecrode : mass transport loss )Step 1 : reactant transportflow channel의 모양과 형태, 크기가 연료전지의 성능에 상당한 영향을 미친다. 또한 flow field 구조와 porous electrode의 기하학적 구조에 따라 mass transport와 diffusion에 영향을 미친다.step 2 : electrochemical reaction화학적 반응에 의해 전자가 생성되며 촉매는 전기화학적 반응의 효율과 반응 속도를 증가시키는데 사용된다.step 3 : Ionic conductionstep 2에서 분리된 전자와 이온은 anode에서 cathode로 이동을 하게 되는데 전자는 도선을 타고 쉽게 이동하지만 이온은 전자에 비해 크고 무겁기 때문에 이동이 쉽지 않다. 이온의 이동 경로와 전자의 이동 경로를 다르게 하기 위해 전해질(electrolyde)을 사용하게 되는데 ‘hopping’ 이라는 메카니즘을 이용하여 이온을 이동시키게 된다.PEMFC의 경우 electrolyde(Nafion)에 음이온(SO3-)이 side chain에 강하게 붙어 있어 움직일 수 없다. 그러나 고분자 막이 수화되면 proton은 물분자에 붙어 움직일 수 있게 되는데 이와 같이 proton이 side chain과 side chain을 hopping 방식으로 이동하게 된다.step 4 : Product removal수소와 산소의 반응에 의해서 생성된 물이 배출되어야만 새로운 fuel와 oxidant의 반응이 원할이 이루어지는데 배출에 문제 있을 경우 flooding과 같은 문제가 발생하게 된다.Mass transport, diffusion, fluid mechanic은 반응물의 배출에 중요한 인자이다.* Fuel cell performance일반적으로 사용하는 연료전지 성능 그래프는 I-V curve 이다. I-막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 100℃ 이하의 저온에서 작동되며, 연료로는 수소를 사용하고, 산화제로는 산소를 사용하는데 이때 연료인 수소는 수소 저장 탱크나 연료개질장치로부터 공급받게 되고, 산소는 공기로부터 얻게 된다. 고분자전해질연료전지는 높은 에너지밀도와 빠른 응답성으로 수송용으로 관심이 높으며 소형화가 용이하여 가정용 발전장치나 휴대기기에 적용도 시도되고 있다.< DMFC >직접메탄올연료전지는 수소탱크와 개질장치가 필요 없고 연료전지도 소형화 할 수 있기 때문에 휴대폰 등 휴대용 전원으로의 응용이 가능하며 카트리지 형태로 부착했다가 언제든지 교환할 수 있는 장점이 있어 노트북 컴퓨터나 무전기 등에 사용에 효과적이나 기체의 cross-over와 CO poisoning등 해결해야 하는 문제를 가지고 있다.AFC의 장점1. 연료전지 중 powerdensity가 가장 높다.2. Start-stop 성능이 좋다3. 운전 온도가 낮아 portable application에도 사용이 가능하다.AFC의 단점1. 촉매로 사용하는 platinum가 격이 비싸다.2. Polymer membrane과 부속부품의 가격이 비싸다.3. 물 처리가 필요하다. (가습과 배출)4. CO와 S에 취약하다.3. AFC ( Alkaline fuel cell )- electrolyde : Solid electrolyte- electode : Pt/C catalyst- reactionAnode :Cathode :AFC의 운전 온도는60~250℃이다.AFC의 장점1. cathode 성능의 개선2. 비교적 값싼 촉매3. Low matericals costs, low cost electrolyteAFC의 단점1. 순수한 수소와 산소만 사용2. KOH 전해질을 보충해주어야 한다.3. anode에 생성된 물을 제거해야 한다.4. MCFC ( Molten carbonate fuel cell )- electrolyde : Li2CO3 electrolyte- electode : Ni catalyst-의 단위전지가 0.7V의 출력전압을 나타내고 20개가 쌓여 있다면 0.7V/cell * 20cells = 14V의 출력전압을 나타내게 된다.Stack design에는 다음과 같은 요구조건이 필요하다.- 간단하고 저비용으로 제작- cell 사이에 상호연결시 전기적인 손실이 적어야 한다.- 반응 가스의 분배에 효과적으로 설계되어야 한다.- High-power stack을 위해서 효과적인 cooling scheme- cell 사이의 sealing이 잘되어야 한다.SOFC ???* The thermal management subsystem연료전지는 일반적으로 30~60%의 전기적인 효율을 가진다. stack에 cooling system이 없다면 운전 온도의 한계를 넘을 것이고 이는 stack 내부에 열적 성능 감소를 보일 것이다.이러한 이유로 fuel cell stack은 최적의 운전 온도를 유지하기 위해 cooling이 필요하게 된다. Cooling은 연료전지 종류와 크기에 따라 다른 형태로 요구되어 진다. 크기가 작으면서도 저온형 연료전지 (PEMFC)의 경우 'passive' cooling이 사용되며, 고온형 연료전지(SOFC, MCFC)와 크기가 큰 저온형 연료전지(PEMFC, PAFC)는 ‘active' cooling이 사용된다.일반적으로 low-power portable PEMFC(100W)에서는 active liquid cooling이나 gas cooling이 요구되어 진다.효과적인 cooling system은 fan, blower, pump 등에서 소모되는 전기적 에너지와 열방출속도에 관련되어 진다.* Fuel delivery/processing subsystem< H2 storage >- Energy density- Hydrogen storageHydrogen storage system을 통해 연료전지에 수소 기체를 직접 공급하게 될 경우 아래와 같은 이점이 있다.- 연료전지를 순수한 수소로 운전할 경우 최고의 성능을 낼 수 있다.- 불순물에 의한 영공급한다.- Direct Electro-OxidationDirect electro-oxidation은 추가로 external chemical reactor가 없이 연료전지에 공급하기 때문에 간단한 것이 최고의 장점이다. 그러나 slow kinetic 등에 의해 낮은 효율을 가진다. H2 carrier 직접적으로 사용하기도 하는데 , DMFC는 methanol을 직접 사용한다.ex) Direct Methanol Fuel CellAnode :Cathode :- External ReformingFuel processor는 열과 촉매, steam을 사용하여 H2 carrier에서 수소를 생성한다.fuel reforming process에서는 수소 기체 이외에 추가로 CO와 CO2가 발생하는데 이는 연료전지의 Pt 촉매에 화학적 흡착(poisoning)을 하게 된다. 이는 연료전지의 성능을 감소시키는데 특히 low-temperature fuel cell에 중요한 인자이다.High-temperature fuel cell의 경우 reforming에 필요한 열을 연료전지 자체에서 공급받아서 사용하지만, Low-temperature fuel cell의 경우 연료를 태워서 얻는다.ex) steam reforming- Internal ReformingInternal reforming process는 high-temperature fuel cell에만 사용된다. Internal reforming process는 연료전지 anode에 공급되기 전에 H2 carrier gas와 steam이 혼합된다. Gas와 steam은 anode catalyst surface에서 반응하여 H2, CO, CO2를 생성한다.High-temperature fuel cell에서 생성된 CO는 문제가 되지 않기 때문에 SOFC와 MCFC는 methane을 직접 사용하기도 한다.External reforming에 비해, internal reforming은 몇 가지 장점이 있다.- System이 간단해 진다.-
Ⅰ. 서 론1-1. 실험 목적Microwave 에너지를 이용하여 반도체산업 재료에 사용되는 CdS 나노분말을 합성한다1-2. 실험 배경CdS(cadmium sulfide)는 박막화가 용이한 육방정계 구조의 n형 직접 천이형 Ⅱ- Ⅵ족 화합물 반도체이다. CdS 박막에 대한 연구는 두 방면으로 꾸준히 진행되어 왔 다. 하나는 가시광영역의 광탐지기에서의 광도전막(photo-conductive film)으로서 의 특성과 응용에 대한 연구이며, 다른 하나는 이종접합 태양전지의 창재(window material)로서의 특성과 응용에 대한 연구이다.전자의 연구에서는 광도전성이 우수 하고, 빠른 광응답 속도를 갖는 CdS 박막을 제 조하는데 관심이 집중되어 있으며, 후자의 연구에서는 낮은 비저항과 사시광영역에 서의 높은 광투과도를 갖는 CdS 박 막을 제조하는 데에 관심을 가지고 있다.Ⅱ. 이 론Microwave는 센터파라고도 하며, 파장이 셑티미터 단위로 불리는 전자파의 일 종이다. Microwave를 정확하게 구분하기는 힘들지만 대략적으로 1000MHz에서 30000MHZ까지의 전자파를 가리키며, 개방회로의 사용이 불가능하여 도파관을 통 해서만 전달이 가능한 경우를 Microwave라 한다. Microwave는 2차 세계대전 중 에 레이더로서 널리 이용되었지만 이를 유전체의 가열에 응용하기 시작하면서 식 품, 고무, 목재, 제지 등의 여러 분야에 응용되어 왔다. 마이크로웨이브를 이용한 가열은 가열효과가 높고, 임의의 형상의 물체를 가열할 수 있고, 부하 조건의 변동 에 대한 전원의 안정도가 높으며, 물체 주변의 분위기를 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다.Microwave에 의한 물질의 가열방식은 가해진 에너지가 매질간의 상호작용에 의 해 열로 전환되는 내부가열방식으로 쌍극자 회전(dipole rotation)과 이온 전도 (ionic conduction)에 의한 유전가열(dielectric heating)로 나눌 수 있으며, 극성물 질에 Microwave가 조사되면 극성물질이 지닌 쌍극자가 마이크로웨이브의 진폭변 화에 따라 회전하게 되고 이 때 분자간의 마찰로 인해 물질이 가열되는 것이다. 유전체는 일반적으로 (+)이온과 (-)전자가 쌍을 이루고 있으며, 이 내부에 강한 전 계가 주어지면 이온과 전자의 쌍이 한쪽 방향으로 배열되고 전계가 반대로 되면 이온과 전자의 쌍도 반대방향으로 배열된다. 이러한 전계가 빠르게 전환되면 분자 의 회전 때문에 마찰이 생겨 열이 발생된다. 이를 쌍극자 회전에 의한 가열이라 하고, 이온 전도에 의한 가열은 이온을 띤 물질이 전기장에 의해 물질 스스로가 가진 극성의 반대 방향으로 이동할 때 이온화되지 않은 분자들과 충돌함으로써 열 에너지가 발생하는 현상이다. 일반적으로 이온전도에 의한 가열에 의한 가열에 비 해 쌍극자 회전에 의한 가열 효과가 훨씬 큰 것으로 알려져 있다.Microwave를 이용한 가열에 가장 많이 사용되는 유전체는 물분자인데 물분자는 영구 쌍극자 모멘트를 갖고 있는 물질로써 수분이 포함된 물질에 Microwave가 조사되면 물질내부의 수분이 발열체의 역할을 하게 되어 물질이 빠르게 가열된다.본 실험에서는 microwave-oven을 사용하여 cycle형태의 가열하여 금속황화 물 나노분말을 제조한다.< 여러 가지 기상 합성법에 의한 나노 분말 제조법 >< Microwave 가열장치 >10억분의 1(10-9) 미터 수준의 물질 혹은 소자를 다루는 기술인 나노기술을 재료적 인 관점에서 보면 수 내지 수백 개의 원자 혹은 분자로 이루어진 소재를 다루는 기 술에 해당되며, 이와 같은 나노소재 기술은 기존 소재로는 얻을 수 없는 새로운 기능 및 특성들을 나타낼 수 있어 다양한 분야 및 산업에 적용할 수 있는 현대 과 학의 최첨단 집적기술이라 할 수 있다. 한편 나노기술 중에서 나노 소재분야는 금 속, 세라믹, 고분자 등 매우 다양한 분야로 세분화 될 수 있으며, 이러한 나노 소 재의 응용은 분말(powder) 형태, 튜브(tube) 내지는 휘스커(whisker) 형태, 박막(thin film) 형태 그리고 벌크(bulk) 형태 등 다양한 형태로 가능하다. 이중 가장 보편화 된 연구 분야는 분말과 박막 형태이다. 그러나 박막형태의 제조는 사실상 오랜 기 간 동안 나노 소재로서 그 기술이 축적되어 있는데 반하여 분말소재는 아직까지 안정성과 제조 방법 등에서 어려움이 있어 연구개발의 중요성에도 불구하고 많 은 연구가 수행되지 못하였다. 금속 분말 소재의 경우 분말 크기를 줄이면 비표면 적 증가에 따른 표면 에너지 증가로 분말이 불안정하게 된다. 또한 금속이 한계 크기 이하가 되면 대기 중에서 자연 발화를 일으킨다. 때문에 큰 활성을 갖는 나 노크기의 금속분말을 제조하고 이를 안정하게 활용하기 위한 연구가 더욱 절실 히 요구된다. 나노 결정은 그 크기 변화에 따라 그 물리·화학적 성질에서 매우 주목 할 만한 변화를 가져온다. 예를 들면, 화합물 반도체인 CdS는 크기 조절에 의해 2.5∼4 eV의 밴드갭 조절이 가능하며, 또한 이에 따른 최저 준위 발광 속도 는 수 십 나노초부터 수십 피코초까지 변화되어진다. 이러한 물리적·광학적 성질 변화는 화합물 반도체 나노 결정의 여러 가지 응용가능성을 제시하고 있다. 일반적으로, 나노 결정의 성질은 결정 크기 조절에 따른 두 가지 효과에 의해 나타난다. 첫째 표면 원자의 증가로 들 수 있고, 또 다른 하나는 표면 원자에 무관하게 단순한 내 부 결정의 크기의 함수로서 나타내어지는 전자 에너지 준위 밀도의 체계적인 변화 를 들 수 있다.Microwave을 이용한 CdS분말 합성 반응 메커니즘은 다음과 같다.CdCl22.5H2O + CH4N2S (thiourea) → CdS (yellow)이렇게 얻어진 CdS분말은 반도체산업에 semiconductor와 television screen 그리고 fluorescent-screen등에 유용하게 사용된다.< 나노 분말의 합성법 >Ⅱ-Ⅵ족 CdS는 직접전이형으로 상온에서 에너지갭이 2.42 eV이다. 이와 같이 큰 에너지 갭을 가지므로 태양광의 투과가 용이하고 태양광을 전기에너지로 전호 나하는 소자로 이용할 수 있다. 그러나 CdS의 p-n 동종접합으로는 창 흡수가 클 뿐만 아니라 p-n형 물질의 선택에도 제약이 있다. CdS 박막 제조방법으로는 spray-pyrolysis, chemical deposition, sol-gel, sputtering 법과 thermal evaporation 법 등 다양한 방법들이 있으며 thermal evaporation 법은 300℃~40 0℃ 이하의 낮은 온도에서 생장할 수 있다는 장점과 낮은 온도로 인하여 화학 당 량조성이 양호하다는 점을 들 수 있다. 그런데 분말을 사용 한다는 점에서 적당한 열처리 온도를 필요로 하게 된다. 그 밖에 기판 재료로 사용되는 물질에 따라 모 든 생장 온도가 달라지는 문제점이 있다.CdS 반도체 나노 결정에서 나타나는데 다음과 같이 설명될 수 있다. 결정의 크 기가 감소하면 배위 수가 충족되지 않은 표면원자의 비가 전체 원자 중에 상당히 큰 부분을 차지하게 된다. 따라서 결정의 에너지는 불안정하고 높은 에너지를 갖 는 표면 원자의 에너지에 의해 큰 영향을 받는다. 일반적으로 결정은 고체상에서 액체상으로 전이가 일어나면 결합이 단단한 고체상에서와는 달리 액체상에서는 표 면 원자들의 재구성을 통해 표면적을 최소화하여 에너지가 높은 표면 원자들을 감 소시켜 쉽게 표면 에너지를 낮출 수 있게 된다 . 따라서 나노 결정의 액체상은 안 정화되고 이에 녹는점이 감소하게 되는 것이다. 또한 고압 조건하에서 CdSe 나노 결정은 wurtzite 구조에서 rock salt 구조로 전이가 일어나는데 이러한 고체상 간의 전이 역시 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.? X-선 회절분석기 (XRD)X-선은 1895년 독일의 물리학자 Roentgen(뢴트겐)에 의해서 발견되었다. X-선 의 본질은 빛(光)을 위시해서 라디오파, γ-ray등과 함께 파장이 각기 다른 전자기 파에 속한다. X-선은 뢴트겐에 의해 발견된 후 물질의 내부를 밝히는데 있어 단순 한 X-선의 투과력에 의한 10-1 cm 정도의 해상력(resolution)에 국한하는 'Radiography' 뿐만 아니라 원자구조 수준의 Å(10-10 m) 정도의 물질의 내부구조 를 밝히는데 이용될 수 있다는 소위 "X-ray diffraction(XRD)" 현상이 확립된 것은 독일의 Laue에 의한 X-선 회절실험이 성공한 이후이며 이것은 또한 X-선의 파동 성과 결정내의 원자의 규칙적인 배열을 동시에 입증한 계기가 되기도 하였다.한편 Laue에 의한 X-선 회절실험결과를 같은 해 영국의 Bragg는 훌륭하게 이를 다시 다른 각도에서 해석하였고 Laue가 사용했던 수식보다 더욱 간단한 수식으로 회절에 필요한 조건을 Bragg's Law( )로 나타내었으며 이 X-선 회 절 현상을 이용하여 각종 물질의 결정구조를 밝히는 일에 성공하였다.< XRD의 구성도 >X-Ray Diffraction는 1912년 von laue에 의해 결정에 의한 X선 회절 현상 발견 하였으며 재료 연구분야에서 material 결정 구조를 분석할 때 쓰인다. 분석기X선을 쪼이면 결정 중 각 원자는 입사 X선을 모든 방향으로 산란된다. 산란된 X선들이 합쳐져 회절 X선을 형성한다.
1.제 목 : 반응속도론. 반응속도에 미치는 온도효과.2.목 적반응속도상수에 미치는 온도효과를 공부하고 반응속도상수-온도 자료로부터 활성화 에너지를 계산한다.3.이 론반응속도상수는 온도와 다음과 같은 관계를 갖는다.d ln k / dT = ΔE* / RT² -------------(1)여기서 k는 반응속도상수, ΔE*는 활성화 에너지, R은 기체상수, T는 절대온도이다. 활성화 에너지가 온도에 무관하다는 가정하에 적분하면 다음 식을 얻는다.log k = - ΔE* / 2.303RT + I -----------(2)log k2/k1 = ΔE* / 2.303R(T2-T1 / T2T1) ------------(3)이 식들은 평형상수와 반응엔탈피 사이의 관계나 증기압과 증발열 사이의 관계식과 비슷한 꼴임을 알아야 한다. 식 (1)에 따르면 활성화 에너지가 클수록 온도에 따르는 k의 변화가 크다는 것을 보여준다. 실온 근처에서는 온도를 10℃올리면 반응속도상수가 약 2배가 되는 반응이 많다는 것이 알려져 있다.이온반응은 속도가 매우 빠르기 때문에 보통 속도상수 측정에 적합하지 못하다. 반면 많은 유기 반응들은 실온에서 너무 느리게 진행하므로 역시 반응속도측정에 부적당하다. 이 실험에서는 식초산 메틸의 수소이온 촉매하의 가수분해반응을 택하였다, 반응식은 다음과 같다.CH3COOCH3 + H2O ↔ CH3COOH + CH3OHH+실험 절차에 제시된 수소이온농도에서 이 반응은 25℃내지 50℃범위에서 적당한 속도로 진행한다. 반응이 진행함에 따라 식초산이 생긴다는 것을 알아야 한다. 같은 부피의 반응혼합물시료를 적정하는데 필요한 염기의 양은 시간과 더불어 증가할 것이다. 그러므로 반응의 진도를 좇기가 쉬워진다.4.기구 및 시약(1)기구·유리마개가 달린 250mL 삼각플라스크 ·시계 ·5mL 부피측정 피펫 3개 ·적정용 뷰렛 ·플라스크 ·받침대 및 클램프·항온조항온조란 바깥 온도의 영향을 받지 아니하고 항상 일정한 온도를 유지하도록 만든 용기를 말한다. 각종 생물조직과 세포에탄산나트륨이 되어, 결정을 석출한다. 무탄산 수산화나트륨은 여기서 이산화탄소를 제거해주면 된다.·1N 염산: 화학식은 HCl이다. 시중에서 판매되는 것은 37.2%로 약 12N, 비중 1.190이다. 1기압에서는 일정한 끓는점 108.584℃를 가진다.·페놀프탈레인: 산과 알칼리를 구별하는 지시약(指示藥)으로서 알려져 있다. 화학식 C20H14O4. 무색~약간 황색을 띤 백색 결정이며, 분자량 318.33, 녹는점 262∼264℃이다. 산성 용액 속에서는 무색이며, pH 9 정도에서는 홍적색이 되고, 그보다 pH가 높은 알칼리성 용액에서는 그 색을 유지한다.5.실험 방법① 각각의 25℃, 35℃, 45℃ 항온조에 1N염산 100mL를 피펫으로 유리마개가 달린 플라스크에 넣은 다음 항온조 안에 넣고 동시에 식초산메틸을 넣은 플라스크도 항온조 안에 넣는다. ( 온도 평형에 도달할 때까지 약 15분 동안 기다린다.)② 5mL의 에스테르를 산 속에 피펫으로 옮기고, 혼합 시간을 기록한다.③ 시료를 5mL씩 꺼내 얼음물이 담긴 삼각 플라스크에 쏟는다. (시료 피펫에서 약 반의 시료가 흘러나갔을 때 시료를 채취 후 기록한다.)④ 각각의 온도에서 시간 때별로 채취한 시료를 0.2 N NaOH로 적정한다.(25℃: 10분후부터 15분마다 2시간동안 채취, 35℃: 5분후부터 10분마다 1시간동안 채취, 45℃: 5분후부터 8분마다 1시간동안 채취)6.결과 및 데이터CH3COOCH3 + H2O ⇔ CH3COOH +CH3OH-반응하는 몰수는 1:1로 같다.(반응 전 CH3COOCH3의 당량은 반응 후 CH3COOH의 당량과 같다.)NaOH + CH3COOH ⇔ CH3COONA + H2O-반응하는 몰수는 1:1로 같다.(적정에 사용한 NaOH의 당량은 생성된 CH3COOH의 당량과 같다.)*CH3COOCH3 5mL의 무게4.75g(Assay 93%)*CH3COOCH3의 몰수4.75g/74.08mol * 93/100 = 0.0596 mol*ch3cooch3의 농도0.596mol/1) - 0.0662(M) = 0.5014(M)▶40분A: 0.2(M) * 27.50(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0688(M)B: O.5676(M) - 0.0688(M) = 0.4989(M)▶55분A: 0.2(M) * 27.60(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0690(M)B: O.5676(M) - 0.0690(M) = 0.4986(M)▶70분A: 0.2(M) * 28.00(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0700(M)B: O.5676(M) - 0.0700(M) = 0.4976(M)▶85분A: 0.2(M) * 28.70(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0717(M)B: O.5676(M) - 0.0717(M) = 0.4959(M)▶100분A: 0.2(M) * 28.90(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0722(M)B: O.5676(M) - 0.0722(M) = 0.4954(M)▶115분A: 0.2(M) * 29.90(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0748(M)B: O.5676(M) - 0.0748(M) = 0.4929(M)▶130분A: 0.2(M) * 31.10(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0778(M)B:O.5676(M) -0.0778(M) = 0.4899(M)▶직선의 기울기 값시간(min) X축log[C] Y축X²XY10-0.2996100-2.996025-0.2998625-7.495040-0.30191600-12.076055-0.30223025-16.621070-0.30314900-21.217085-0.30467225-25.8910100-0.305010000-30.50115-0.307213225-35.3280130-0.309916900-40.2870630(총합)-2.7333(총합)57600(총합)-184.9160(총합)*M = ΣXΣY/ (ΣX)²- nΣX²= {630 * (-2.7333) - (9 * (-184.9160)} / {(630)² - (9 - 0.0475(M) = 0.5201(M)▶25분A: 0.2(M) * 19.10(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0478(M)B: O.5676(M) - 0.0478(M) = 0.5198(M)▶35분A: 0.2(M) * 19.10(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0478(M)B: O.5676(M) - 0.0478(M) = 0.5198(M)▶45분A: 0.2(M) * 19.30(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0483(M)B: O.5676(M) - 0.0483(M) = 0.5194(M)▶55분A: 0.2(M) * 20.70(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0518(M)B: O.5676(M) - 0.0518(M) = 0.5159(M)▶직선의 기울기 값시간(min) X축log[C] Y축X²XY5-0.283225-1.41615-0.2839225-4.258525-0.2841625-7.102535-0.28411225-9.943545-0.28452025-12.802555-0.28753025-15.8125180(총합)-1.7073(총합)7150(총합)-51.3354(총합)*M = {180 *(-1.7073) - 9 * (-51.3354)} / {180² - 6 * 7150}= -6.651 * E-5*b = {180 * (-51.3354) - (-1.7073 * 7150) / {180² - 6 * 7150}= -0.2822*Y = (-6.651 E-5)X - 0.2822*k = 6.651 E-5(3)45℃에서 실험시간(min)NaOH 적정량(ml)CHCOOH의 농도(M)남은CH3COOCH의농도(M)log[남은CH3COO CH3의 농도]519.300.04830.5194-0.28451319.500.04880.5189-0.28492120.700.05180.5159-0.28742920.800.05200.5156-0.28773721.000.05250.5151-0.28814521.300.05330.5144-0.28875321.40.5676(M) - 0.0533(M) = 0.5144(M)▶53분A: 0.2(M) * 21.40(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0535(M)B: O.5676(M) - 0.0535(M) = 0.5141(M)▶61분A: 0.2(M) * 21.50(ml) = X (M) * 80(ml) X= 0.0538(M)B: O.5676(M) - 0.0538(M) = 0.4929(M)▶직선의 기울기 값시간(min) X축log[C] Y축X²XY5-0.284525-1.422513-0.2849169-3.703721-0.2874441-6.035429-0.2877841-8.343337-0.28811369-10.659745-0.28872025-12.991553-0.28892809-15.311761-0.28913721-17.6351264(총합)-2.2993(총합)57600(총합)-76.1029(총합)*M = {264 * (-2.2993) - 8 * (-76.1029)} / {264² - 8 * 11400}= -8.40 E-5*b = {264 * (-76.1029) - 11400 * (-2.2993)} / {264² - 8* 11400}= -0.2846*Y = (-8.40 E-5)X-0.2846*k = 8.40 * E-57.토 의반응속도론이란 반응속도의 물질 농도에 대한 의존성을 연구함으로써 반응속도식,반응속도상수를 구하고, 반응 메커니즘에 대하여 다루는 화학동역학, 또 반응속도나 반응속도상수의 물리적 의의를 이론적으로 해명하려고 하는 반응속도이론 등을 포괄한다. 반응에 따르는 화학평형의 이동은 열역학을 도입함으로써 다루게 되었고, 다시 양자론·통계역학을 적용함으로써 물리화학의 한 분야를 형성하고 있다. 또 화학공업의 모든 분야에서 널리 응용하고 있다.열역학과 거의 비슷한 학문이지만 열역학에서는 연구 대상 물질이 중간에 어떠한 과정을 거치는지, 또 얼마나 빨리 그러한 과정들을 거쳐 최후의 안정한 상태가 되는지에 대해서는 취급하지 않는데 비하여 반응속도론은 이러한 것을 다룬다. 다.
1. 제 목 : 삼상계2. 목 적삼각형 그래프에서 용해도,tie-line 데어터로 구획되어져 있다.3. 이 론깁스의 상법칙에 따르면 계의 변화 V는 성분 C와 상P 더하기2와같다. 평형은 온도, 압력,농도에 따라 영향을 받는다.V = C-P+2 -----------------------(1)독립적변화의 가장 작은수 변수 V는 계의 상태에 관한 완벽한 묘사가 필요하다. 이번실험은 지속적인 온도와 압력들이 변하지 않게하는것이다. 그래서 (1)의식은 다음과 같다V = C-P----------(2)따라서, Three-component systems 은 V = 3-P이다. 그래서 변수는 단일상이 존재할 때는 2, 두개의 상이 존재할때는 1, 그것은 Fig300에 묘사된 삼각다이어그램에 해당한다.4. 기구 및 시약< 기 구 >? 뷰렛? 시약병? 유리마개병? 자동온도조절장치? 분별깔때기? 온도계< 시 약 >? 물? 클로로포름? 페놀프탈레인? 아세트산※ 클로로포름 [chloroform]⇒ 트리클로로메탄의 약전명이다. 화학식 CHCl3, 분자량 119.38, 녹는점 －63.5℃, 끓는점 61.2℃, 비중 1.49845(15℃)이다. 무색 투명한 액체로 휘발성이며, 특유한 냄새가 난다. 에탄올이나 벤젠 에는 녹지만, 물에는 잘 녹지 않는다. 굴절률 1.44858(D선)이다. 액체인 클로로포름은 불연성이 나, 증기는 연소한다. 시중에서 판매되는 클로로포름에는 보통 0.5∼1%의 무수알코올이 첨가되 어 있다. 산화를 방지하기 위해 갈색병에 넣어 마개를 꼭 닫아서 차고 어두운 곳에 보존해야 한 다.※ 페놀프탈레인 [phenolphthalein]⇒ 산과 알칼리를 구별하는 지시약으로서 알려져 있다. 화학식 C20H14O4. 무색~약간 황색을 띤 백색 결정이며, 분자량 318.33, 녹는점 262∼264℃이다. 고온에서는 승화한다. 에탄올에는 녹지 만 에테르에는 잘 녹지 않으며, 물에는 거의 녹지 않는다. 산성 용액 속에서는 무색이며, pH 9 정도에서는 홍적색이 되고, 그보다 pH가 높은 알칼리성 용액에서는 그 색을 유지한다.※ 아세트산 [acetic acid]⇒ 식초 속에 3∼5% 함유되어 식초의 신맛을 내기 때문에 초산이라고도 하며, 에탄산이라고도 한 다. 알코올 음료를 방치하면 발효에 의해 생기므로, 예전부터 알려져 있었다. 유리산 및 에스테 르의 형태로 자연계에 널리 존재하는데, 에스테르로는 과일 향기의 성분이 되어 있는 것이 많다. 또, 생체에서는 당·아미노산·지방 등의 대사에 의해 생성되는 생체대사의 중요한 일원이다.5. 실험 방법1) 세뷰렛에 클로로포름, 물, 아세트산을 담아 설치한다. nonaq grease가 사용된다.2) 각액체의 밀도는 Westphal blance로 정의된다.3) 물속의 아세트산 무게를 대략 10, 20, 40, 그리고 60%로 조합한다.(정확한 용액의농도)4) 각각 20g이면 충분하다. 자동온도조절장치 25℃를 유지하는 50-ml유리마개 시 약병에 넣는다.5) 온도가 올라가면 그것들의 필요성이 사라진다. 그리고 클로로포름으로 적정한다.6) 적정을 하는동안 시약병을 흔들고, 클로로포름을 더한다. 종말점은 눈에 띠게 흐려지는 지점이다.7) 클로로포름안에 아세트산을 대략 10, 25, 40 그리고 60%로 조합하고, 흐려질때까 지 물로 적정한다.(온도)*각 용액의 밀도물클로로포름아세트산밀도(g/cm)0.941.370.98*실험치물로 적정시10％20％40％60％클로로포름(ml)1.372.745.488.22아세트산(ml)8.817.414.611.82물(ml)6.954.704.000.90wt(％)10％20％40％60％클로로포름(％)8.0018.4538.9075.14아세트산(％)51.4349.9032.7216.64물(％)40.5731.6528.398.23클로로포름으로 적정시10％20％40％60％아세트산(ml)0.981.963.925.88물(ml)9.208.206.474.38클로로포름(ml)0.400.450.550.95wt(％)10％20％40％60％아세트산(％)9.2618.4735.8352.45물(％)86.9677.2959.1439.07클로로포름(％)3.784.245.038.47*계산과정? 물로 적정시?10％클로로포름×100=8.00％아세트산×100=51.43％물×100=40.57％?20％클로로포름×100=18.45％아세트산×100=49.90％물×100=31.65％?40％클로로포름×100=38.90％아세트산×100=32.72％물×100=28.39％?60％클로로포름×100=75.14％아세트산×100=16.64％물×100=8.23％? 클로로포름으로 적정시?10％아세트산×100=9.26％물×100=86.96％클로로포름×100=3.78％?20％아세트산×100=18.47％물×100=77.29％클로로포름×100=4.24％?40％아세트산×100=35.83％물×100=59.14％클로로포름×100=5.03％?60％아세트산×100=52.45％물×100=39.07％클로로포름×100=8.47％7. 토 의이번 실험은 chlroform-acetic acid-water로 용해성의 관계를 알아보는 실험이었다.실험을 하려면 각용액의 밀도를 알아야 되는데,밀도는 각각의 질량으로구할수 있었다.그런 다음 물과 디클로로포름으로 각각 적정했는데,적정시,적정되는
1. 제 목 : 어는점 내림과 분자량 결정2. 목 적용액의 어는점 내림을 이용하여 용질의 분자량을 결정할 수 있다.3. 이 론용액의 어는점은 용질의 몰랄농도, 용매의 몰용융열과 분자량 등에 따라 달라진다. 보통 순수한 용매의 어는점은, 용질을 가해주면 그 용질의 양에 비례해서 내려가는 것으로 알려져 있다. 따라서 가해준 용질의 질량을 알고, 용매의 어는점이 내려가는 정도를 측정하면 용질의 분자량을 결정할 수 있다.용매의 어는점은 용질의 양에 따라서 낮아지는데, 그 관계식은 다음과 같다.(1)여기서는 어는점 내림, m은 용질의 몰랄농도,는 용매의 몰용해열, M은 용매의 분자량, R은 기체상수이고 T는 순수한 용매의 어는점이다. 이 식은 이상용액이거나 온도 변화가 작은 경우에만 유효하다. 식(1)에 나타난 항들은 모두 용매에 의존하며 온도에 무관하기 때문에 다음과 같이 쓸 수 있다.(2)는 몰랄 어는점내림 상수라고 부른다.실험실에서는 용매 1000g을 사용하는것이 불편하기 때문에 다음과 같은 형태로 바꾼다.(3)이 식에서 용매g에 녹아 있는 용질(분자량 M)의 양이g이다.(4)이 식이 바로 어는점 내림법에 의한 분자량 계산에 쓰이는 식이다. 이 식을 이용하려면 용매g에다가 용질g을 녹여서 어는점 내림을 실험적으로 얻고 어는점 상수를 찾아 식(4)에 넣어 분자량을 계산한다. 몇 가지 순수한 용매의 어는점에 대한 몰랄 어는점내림 상수의 값은 표1에 나타냈으며 이 실험에서 쓰일 수 있다.표 1. 몇 가지 용매의 어는점과 몰랄 어는점내림 상수용 매어는점()()물0.001.86벤 젠5.505.12아세트산16.73.904. 기구 및 시약< 기 구 >? 교반기? 베크만(Beckmann) 온도계? 펠릿(pellet) 압축기? 돋보기? 피펫< 시 약 >? 벤젠? 나프탈렌5. 실험방법1) 순수한 벤젠의 어는점을 측정한다.2) 적당량의 용매를 피펫으로 취하여 실험 장치에 옮긴다.3) 베크만 온도계를 설치하고 시험관을 직접 냉각 혼합물에 담가 벤젠의 어는점 (5.5)보다 약 1정도 높은 온도까지 냉각시킨다.4) 원하는 온도에 이르면 시험관을 냉각 혼합물에서 빼내어 바깥쪽을 잘 닦고 공 기 재킷에 짐어 넣는다.5) 온도는 매 20초마다 츶정한다. 어는점을 측정하는 동안 계속 용액을 저어준다.6) 용매를 손으로 데워 녹이고, 용질은 펠릿 형태로 준비하여 약 1.5가량 어 는점을 내리기에 충분하게 준비한다.7) 용질 시료를 냉각기의 한 쪽을 이용하여 용매에 넣는다.8) 용질이 완전히 녹으면, 순수한 용매의 어는점을 측정할 때와 마찬가지 방법으 로 어는점을 측정한다.20(s)40(s)60(s)80(s)100(s)120(s)140(s)160(s)180(s)200(s)220(s)240(s)벤 젠 (˚C)4.214.374.424.514.654.724.854.935.025.155.055.05벤젠 +나프탈렌(˚C)1.321.852.152.382.462.582.622.65????6. 결 과※계산방법? 용질의 분자량⇒ M=kfw2?1000/△Tfw1? w1=용매무게 ->벤젠의 밀도 :0.81벤젠의 부피: 10ml=8.1g? w2=용질무게->나프탈렌 무게=1g? △Tf= 1.84? Kf = 1.84/m ( m=100 )= 0.0184? M = 0.0184*1g*1000/1.84*8.1g= 817. 토 의이번 실험은 용액의 어는점 내림을 이용하여 순수한 용매와 그 용매에 불순물이 섞여 있을때의 어는점을 비교하는 실험 이었다.순수한 벤젠과 벤젠+나프탈렌 혼합물을 시간 차이를 두어 어는점을 측정하였다. 먼저 벤젠 10ml를 얼음이 담긴 비커안에 넣었다. 그다음 비커 두개에 물을 담아 6℃, 8℃로 맞추고 베크만 온도계에 수온을 붙여서 8℃에 담근 후 6℃에 담궈 온도를 읽고 벤젠에 온도계를 넣고 온도가 멈출때까지 온도를 읽었다.벤젠+나프탈렌 혼합물도 같은 방법으로 0.5g씩 넣고 실험하였다. 베크만온도계는 미세한 온도 변화 측정을 위해서 사용하였다.위 그래프를 보면 벤젠과 벤젠+나프탈렌 혼합물의 온도 변화를 나타내었다. 벤젠과 혼합물의 어는점 차이가 확연히 차이가 난다. 그 이유는 예를 들어 비휘발성 용질 즉, 기화하지 않는 물질이 물 속에 녹아 있으면 물분자가 결정화할 때 용질이 방해하기 때문에 어는점이 더욱 낮아지게 된다. 이것 때문에 어는점 내림 현상이 일어 난다.용액의 어는점 내림은 빙점이라고도 한다. 엄밀히 말하면 1 atm 하에서 얼음의 녹는점, 즉 얼음이 녹고 물이 어는 온도를 말한다. 온도의 눈금을 정하는 정점의 하나로, 국제적으로는 이 온도를 섭씨 0도(0 ℃)라고 한다. 그러나 이것은 물이 순수할 때이고, 물 속에 물질(비전해성 ·비휘발성인 것)이 녹아 있을 때는 어는점이 이보다 낮아지는데, 이 현상을 어는점내림이라고 한다. 상온보다 낮은 응고점(또는 녹는점)을 가진 물질은 그 응고점을 어는점이라고도 한다.어는점 내림법은 빙점법 ·빙점강하법이라고도 한다. 보통 액체의 어는점, 즉 응고점은 그 액체에 다른 물질을 녹였을 때 저하하는 경향이 있다. 이 현상을 어는점내림 또는 응고점내림이라고 한다. 이것은 용액이 되었을 때의 증기압내림으로 설명할 수 있다. 비휘발성물질을 녹인 묽은 용액, 즉 이상용액(理想溶液)에 가까운 경우는 어는점내림의 정도가 몰수에 비례한다.즉 순용매(純溶媒)의 어는점과 용매 100 g에 용질 W g을 녹인 용액의 어는점과의 차(어는점내림)를 ΔT라고 하면, 용액의 분자량 M은 M=kW/ΔT 라는 식으로 나타낼 수 있다. 이 때 k는 용매에 특유한 상수로서 그 용매의 몰어는점내림이라고 한다. 몰어는점내림은 용매의 어는점 또는 융해열로부터 계산할 수 있는데, 보통은 분자량을 알고 있는 시료에서 몰어는점내림 k를 정해 두고, 측정하려고 하는 물질 W g을 칭량하고 ΔT를 측정함으로써 식으로부터 M을 구할 수 있다. 물 ·아세트산 ·벤젠 등을 용매로 하는데, 용질이 용매 속에서 화학변화를 일으키거나, 고용체를 만드는 경우에는 이 방법을 사용할 수 없다. 표준적인 어는점내림 측정장치로는 온도를 정밀하게 측정하는 베크만온도계를 사용한 베크만의 장치가 있다. 이 밖에 어는점내림현상에 기초를 두고 물질의 순도를 결정하는 방법도 어는점내림법이라고 하는 경우도 있다.
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금속황화물 나노분말 제조
