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[화학] 유기화합물의 작용기 실험 평가C아쉬워요

(1) Title유기화합물의 작용기 실험(2) Object유기화합물의 작용기라면 화합물의 종류, 계열 및 성질을 나타내는 원자 및 원자단은 물론 넓은 뜻에서 불포화기도 포함된다. 즉, 알켄이라면〉C=C 〈, 알코올이면-OH, 알데ODLINE히드(aldehyde)이면-CH등의 작용기(functional group)를 갖고 있는 화합물들을 분류하여 말하는 것이다.이들 작용기를 화학적으로 또는 물리적으로 확인함으로써 그 화합물의 소속이나 계열을 추정할 수 있다.화학적인 방법으로 가장 흔히 사용하고 있는 것으로는 어느 특정한 작용기화 선택적으로 반응하여 그 변화를 시각적으로 관찰할 수 있는 시약을 사용하는 법이다.몇 가지 중요한 작용기의 확인법의 예를 들면 다음과 같다.(3) Theory☆ 유기화합물원래 유기란 생물에 관계되는 것을 의미하였고, 광물체로부터 얻어지는 무기화합물에 대하여 생물체의 구성성분을 이루는 화합물, 또는 생물에 의하여 만들어지는 화합물로 분류되었다. 이와 같은 분류는 생명현상에 관련되어 만들어지는 화합물은 모두 탄소화합물이므로, 무기물로부터는 만들 수가 없다는 생각에서 유래된 것이다. 그러나 1828년 F.뵐러가 무기물로 알려져 있던 시안산암모늄으로부터 요소를 만든 이래 많은 유기화합물이 합성되었다. 기본골격은 탄화수소로, 탄소-탄소와 탄소-수소의 공유결합으로 구성되어 있다. 이 기본골격에 산소·질소·황 등의 헤테로원자를 포함하는 작용기가 치환되어 많은 유도체를 만들 수 있다. 성질은 종류에 따라 다르지만 보통 가연성이며, 녹는점이 무기화합물보다 낮고, 물보다는 유기용매에 잘 녹는다. 응용화학연합에 의해 정해져 있다.(Ⅰ) 불포화 화합물 (알켄과 알킨)이 화합물들은 실온에서Br_2를 쉽게 첨가시키므로 브롬의 색깔이 없어짐을 관찰할 수 있다. 또한 이들에 과망간산염의 수용액을 가하면 과망간산이온을 환원시켜 보라색을 없애며 망간의 산화물이 만들어진다.Br＼ / | |C = C+Br_2-----------→- C - C -/ ＼ | |Br3R_2 C 名)은 같은 수의 탄소원자를 가지는 알킬기(基)에 일렌 -ylene이 붙는 관용명과, 같은 수의 탄소원자를 가진 포화탄화수소의 어미 안 -ane을 엔 -ene이라고 하는 국제명이 있다. 예를 들면, 탄소원자의 수 n의 수에 따라 에틸렌 (n=2), 프로필렌(n=3), 부틸렌(n=4) 등이라고 한다.1) 알칸(alkane) 또는 메탄계 탄화수소일반적 성질㉠ 일반식: CnH2n+2 (n≥1)㉡ 이름: '-안(-ane)'으로 끝남.㉢ 녹는점, 끓는점: 탄소수가 많을수록, 분자량이 커질수록 분자간의인력이 커서 녹는점, 끓는점 증가함.㉣ 모든 원자간의 결합은 단일결합(시그마σ결합), 결합각은 109.5o 임.㉤ 화학적으로 안정하여 반응하기 어려우나 치환반응을 함㉥ 상온에서의 상태: 메탄-부탄(기체), 펜탄-데칸(액체), 그 외(고체)2) 시클로알칸(cycloalkane)① 일반식: CnH2n (n ≥ 3) ▶▶ 단일결합, 고리 모양의 지방족 탄화수소② 이름: '시클로-안(cyclo-ane)'으로 끝남.③ 시클로알칸의 동족체㉠ 시클로프로판(C3H6): 평면 정삼각형 고리 형성(결합각 = 60o),사슬 모양 탄화수소만큼 안정하지 못해(=각 비틀림 현상)'첨가 반응'을 일으켜 안정한 사슬 모양으로 됨.CH_2(첨가 반응)/ ＼ +Br_2-----------→BrCH_2 -CH_2 -CH_2 BrCH_2--------CH_2㉡ 시클로부탄(C_4 H_8) ㉢ 시클로펜탄(C_5 H_10) ㉣ 시클로헥산(C_6 H_12)등☆알킨아세틸렌계 탄화수소라고도 한다. 일반식CnH2n-2(단 n＞2)로 표시되는 조성(組成)을 가지며, 디올레핀류의 이성질체(異性質體)이다. 똑같은탄소수를 가진 파라핀계 탄화수소 보다 수소의 수가 4원자 적고, 삼중결합으로 해서 반응성이 풍부한데, 특히 첨가반응을 잘 한다. 구조식 중에서 삼중결합이 끝에 있는 것은 그 곳의 수소가 금속과 치환하기 쉬 우며, 아세틸리드를 만드는 성질을 가진다.아세틸렌CH≡CH, 알릴렌CH_3 －C≡CH, 크로토닐렌CH_3 －C≡C－2n (n≥2)㉡ 이름: 어미가 '-엔(-ene)'으로 끝난다.㉢ 결합: 탄소 원자 사이에 이중 결합(시그마σ결합 1개와 파이π결합 1개)㉣ 구조: 이중 결합을 하는 탄소 원자 주위의 모든 원자들이 동일 평면상에 존재.㉤ 반응: 약한 파이 결합이 쉽게 끊어져 첨가 반응을 함.㉥ 검출 방법: 브롬(Br_2)을 반응시키면 첨가 반응이 일어나 브롬의 적갈색이 없어짐.예)HHHH＼ / 첨가 반응 | |C = C+Br_2-----------→H - C - C - H/ ＼ (적갈색) | |HHBrBr에텐(에틸렌) 1,2-디브로모에탄② 에텐 또는 에틸렌(C_2 H_4)의 분자 구조㉠ 탄소 원자 사이에 이중 결합을 한 평면 구조(결합각=120。)0.134 nmH|←-→|H＼ /C = C/ ＼HH㉡ 성질: 달콤한 냄새가 나는 마취성 기체(물에 잘 녹지 않음).㉢ 제법: 에탄올(C_2 H_5 OH)에 진한 황산을 넣고, 160∼170℃로 가열하여 얻음(알코올의 탈수반응; 분자내 탈수 반응)HHHH| | (진한 황산) ＼ /H - C - C - H----------→C = C+H_2 O| | 160∼170 ℃ / ＼HOHHH에탄올 에텐(에틸렌)참고) 에탄올(C_2 H_5 OH)에 진한 황산을 넣고, 130∼140℃로 가열하면 디에틸에테르를 얻 음(분자간 탈수 반응).(진한 황산)2C_2 H_5 OH----------→C_2 H_5 OC_2 H_5+H_2 O130∼140 ℃ 디에틸에테르㉣ 반응: 첨가 반응(특징: 이중 결합이 깨지면서 양쪽 탄소에 균등하게 첨가됨).(2) 알코올알코올은 알콕시화칼륨 및 이황화탄소와 반응하여 노랑색의 크산트산알킬칼륨(potassiumalkylxanthate)을 형성한다.ROH + KOH -> ROK + H_2 O알콕시화칼륨S∥ROK + CS -> ROC - SK크산트산알킬칼륨일차, 이차 및 삼차 알코올의 확인은 Lucas 시험법에 의하며, 자세한 방법은 유기화학 및 유기화학분석에 관한 책을 참조하기 바란다.(Ⅲ) 알데히드와 케톤대부분의 알데히드와 케톤NO_2 ) _2->R_2 C = NNHC_6 H_5 (NO_2 )_2 +H_2 O히드라존RCH = O +H_2 NNHC_6 H_5 (NO_2 ) _2->RCH = NNHC_6 H_5 (NO_2 ) _2 + H_2 O히드라존알데히드는 Tollen 시약과 반응하여 은을 석출시키나, 케톤은 그렇지 못하므로 알데히드와 케톤을 구별하는데 쓰인다.ODLINERCH = O + 2Ag(NH_3 )_2 OH->2Ag downarrow + RCONH_4 + H_2 O +3NH_3Tollen 시약☆ 알데히드케톤과 마찬가지로 카르보닐기＞C=O를 가지고 있으므로 성질이 케톤과 비슷하지만, 케톤보다 잘 산화된다. 알데히드의 명명법은 알데히드를 산화시키면 생성하는 산 이름의 어미 -ic 또는 -oic을 떼어내고 알데히드를 붙이는 방법이 사용되는데, IUPAC 명명법에서는 골격인 탄화수소 이름의 어미 -e를 떼어내고 -al을 붙인다. 예를 들면,CH_3 CH_2 CH_2 CHO는 전자에서는 산화시키면 얻어지는 부티르산 butyric acid에서 부티르알데히드 butyraldehyde로 하고, 후자에서는 탄화수소 이름 부탄 butane에서 부탄알 butanal이라고 명명한다. 고급알데히드는 식물유 속에 존재하는 것도 있으며, 특히 벤즈알데히드는 배당체의 형태로 매실 ·복숭아 등의 씨 속에 존재한다. 또 방향족 알데히드에는 계피(桂皮) 알데히드 ·바닐린 등과 같이 식물정유(植物精油) 속에 존재하여 향료로 되는 것도 있다.알데히드를 합성하는 데는, 1차알코올을 산화하는 방법, 아세탈이나CHCl_2와 같은 할로겐기(基)를 가진 화합물을 가수분해시키는 방법, 그리고 산염화물을 환원하는 방법 등이 시행되고 있다. 저급지방족 포화알데히드는 자극적인 냄새를 지닌 기체 또는 액체로 물에 녹는다. 탄소사슬의 길이가 6∼9개인 알데히드는 방향을 지니고 있으므로 향료로 쓰이나, 탄소사슬이 이보다 긴 것은 물에 녹지 않는 고체를 이룬다. 방향족알데히드도 방향을 지니고 있는 것이 많다. 알데히드는 산화되어 카르양의 탄화수소기만이 카르보닐기에 결합하고 있는 것을 지방족케톤, 탄화수소기에 방향족고리가 있는 것을 방향족케톤이라고 하며, 시클로헥사논과 같이 카르보닐기의 탄소가 고리인 것을 고리모양케톤이라고 한다. 관용명으로서는 양쪽 탄화수소기의 이름을 붙이고 케톤이라는 말을 붙이는데, 국제명명법에서는 탄화수소명의 어미를 -one으로 바꾸고 필요한 경우에는 카르보닐기의 위치를 번호로 나타낸다.예를 들면,CH_3 COCH_2 CH_2 CH_3의 관용명은 메틸프로필케톤이라고 하며, 국제명으로는 2-펜탄온이라고 한다. 2차알코올의 산화, 카르복시칼슘염의 건류(乾溜) 등으로 얻는다. 카르보닐기를 가지고 있으므로 알데히드와 비슷한 성질을 나타내며, 히드록시아민과 반응하여 옥심, 히드라진류와 반응하여 히드라존을 생성하지만 환원성은 나타내지 않는다.(Ⅳ) 할로겐화알킬플루오르화합물 몇 가지를 제외하고는 알코올성 질산은과 반응시키면 할로겐화알킬(alkyil alide)이 할로겐화은의 침전을 형성한다.RX +AgNO_3 -> AgX downarrow +RONO_2유기화합물의 작용기는 위에서 예를 든 이외에도 그 종류가 매우 많고 그것들을 확인하는에탄이라고도 한다. 대응하는 메탄계 탄화수소 RH의 할로겐화, 또는 대응하는 알코올 ROH와 할로겐화수소 HX와의 반응에 의하여 합성되며, 저급 할로겐화알킬은 보통 특유하고 상쾌한 냄새를 가진 액체로 얻어진다.RH＋X_2 → RX＋HXROH＋HX → RX＋H_2 O알킬기에 결합하고 있는 할로겐은 반응성이 커서 흔히 알킬화 시약으로 사용된다. 같은 알킬기인 경우는 플루오르화알킬·염화알킬·브롬화알킬·요오드화알킬의 순으로 끓는점이 높아지고, 같은 할로겐인 경우에는 알킬기의 탄소수가 증가됨에 따라 끓는점이 높아진다.(4) Settingfigure 1. 시험관과 시험관대 적외선 흡수영역작용기파동수 (CM^-1)파장 (μ)OH(유리된 것)3650∼35802.74∼2.79(수소결합)3550∼32102.82∼3.12산2700∼25003.70∼4.00NH아민3400근1케톤

공학/기술| 2002.12.30| 9페이지| 1,000원| 조회(1,710)

유기화합물, 화학, 작용기 실험

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[화학] 아스피린의 합성

(1) Title아스프린의 합성(2) Object해열제 또는 진통제로 사용되는 아스피린을 합성함으로써 산과 알코올의 에스테르화 반응을 알아본다.(3) Theory에스테르는 유기산의 유도체이다. 일반적으로 에스테르는 산을 촉매로 사용하여 유기산과 알코올을 반응시키면 얻어진다.(에스테르화 반응)OODLINEDLINER ´- C -OH + ROH -> R ´ -C - OR + H_2 O이렇게 합성되는 에스테르는 대부분 아주 향긋한 냄새를 갖는다. 예를 들어 쟈스민의 향기는 벤질아세테이트 때문이고, 오렌지의 향기는 옥틸아세테이트, 바나나의 향기는 n-펜틸아세테이트, 파인애플의 향기는 부틸부티레이트가 그 향기의 주요 원인이 되는 물질이다.본 실험에서는 살리실산을 에스테르화하여 아세틸살리실산을 만든다. 아세틸살리실산은 윌가 보통 부르는 아스피린의 학명이다. 아스피린은 해열제 또는 진통제로 일상 사용되는 의약품이다. 아스피린은 살리실산과 아세트산을 섞고 오랫동안 가열해 주면 합성할 수 있으나, 본 실험에서는 아세트산 대신에 아세트산무수물 (acetic anhydride)을 사용하여 반응을 빠르게 해준다. 이 반응의 산 촉매로서는 황산을 사용하게 된다.① 에스테르유기산에는 카르복시산이 대표적이며, 좁은 의미로서 에스테르라고 할 때에는 카르복시산에스테르만을 의미하는 경우가 많다. 또한 무기산이란 황산 ·염소 ·질소 등을 함유한 산기(酸基)가 수소와 결합한 산(酸)을 말한다. 이를 테면,등을 뜻하며, 유지(油脂)는 고급 지방산과 글리세롤의 에스테르이다.① 카르복시산에스테르에 포함되는－COOH기는 알콕실－OR와 카르보닐＞CO가 결합 한 것으로서 알콕시카르보닐이라고 한다. 카르복시산에 과잉의 알코올을 넣고 황산과 같 은 강한 산의 존재하에서 탈수 ·축합시켜 만든다.② 무기산에스테르: 유기산에스테르에 대응되는 것으로 황산에스테르 ·질산에스테르 ·인 산에스테르 등이 있다. 황산에스테르는 황산의 수소원자가 알킬기로 치 환된 구조를 가지고 있으며, 수소가 하나만 치환된 산성에스테르RSO_4 H와 2개의 수소원자 모두가 치환된 중성에스테르R_2 SO_4가 있다. 인산에스테르의 경우도 마찬가지이다. 저급(低級) 지방산과 저위알코올 과의 에스테르는 대부분 방향(芳香)이 있는 무색 액체로서, 과실 에센스 의 원료나 유기물의 용매(溶媒)로서 사용되는 것이 많다.에스테르는 산 또는 알칼리에 의해 가수분해되어 산과 알코올이 되는 데, 특히 카르복시산과 알칼리를 생성하는 가수분해를 비누화라고 한다. 에스테르의 명명법은 산의 이름 뒤에 알코올의 골격인 알킬기(基)의 이름을 붙이는 방법을 사용하는데, 예를 들면 아세트산CH_3 COOH과 에틸알코올CH_2 CH_2 OH에서 물 1분자가 떨어져 나가서 만들어지는 에 스테르는 아세트산에틸CH_3 COOCH_2 CH_3라고 한다.② 유기산무기산과 대응하는 말로서 아세트산·부티르산·팔미트산·옥살산·타르타르산 등이 있 다. 그 대부분은 카르복시산이므로 좁은 뜻으로는 카르복시산을 가리킨다. 그러나 아스코 르브산이나 요산(尿酸:uric acid)을 비롯하여 카르복시산이 아닌 산성물질도 상당히 많이 있으며, 널리 술폰산·술핀산·페놀 등도 포함하여 말하는 경우가 많다. 일반적으로 무기 산보다 약하지만, 술폰산과 같이 강한 산도 있다.③ 아세테이트아세테이트 레이온이라고도 한다. 원료는 면실(綿實) 린터의 셀룰로오스(섬유소)이다. 셀룰로오스 분자는 1단위당 3개의 수산기를 갖는다. 그 수산기를 아세트산 무수물과 소 량의 황산으로 처리하면 아세틸화하는데, 이 아세틸화의 정도에 따라 여러 가지 제품이 만들어진다. 아세톤에 녹여 건식방사(乾式紡絲)하여 주로 명주실과 같은 장섬유(필라멘 트)로 만들고, 또한 권축(捲縮) ·건조시킨 후 절단하여 단섬유(스테이플)도 만든다.천으로 짜면 감촉이 좋고 탄력성이 있으며, 비중 1.32, 수분흡수율 6.5%, 연화점 200∼ 203℃이다. 인장강도는 1.4g(데니어당)으로 작지만 무명에 비해 가볍고 수분을 적게 흡 수하며 부드럽다. 속내의 안감에 적합하고, 크레이프를 짤 때 교직(交織)한다.세탁에는 중성세제를 사용하고, 주름이 잡히기 쉽기 때문에 물을 짜지 않고 옷걸이에 걸어서 말린다. 다리미 온도는 120∼140℃, 얼룩빼기에 알코올 ·아세톤 ·시너 ·옥살 산이나 진한 아세트산을 사용해서는 안 된다. 좀이 먹지 않고 곰팡이에도 저항성이 있 다.④ 살리실산살리실산은 o-옥시벤조산에 해당한다. 화학식C_7 H_6 O_3. 분자량 138.12, 녹는점 159℃, 비중 1.443. 승화성이 있고, 에테르 ·에탄올 등 유기용매에 녹는다. 산성이고, 또 페놀 이기도 하므로 염화철(Ⅲ) 수용액을 가하면 보라색을 띤다. 천연으로는 에스테르의 형태 로 대부분의 정유(精油) 속에 함유되어 있는데, 특히 석남과(石南科) 가울테리아속 (Gaultheria 屬)의 잎의 향유는 살리실산메틸이 주성분이기 때문에, 옛날부터 이것에서 살리실산을 얻었다. 건조한 나트륨페녹시드와 이산화탄소를 가열 ·가압하여 반응시키 면 생긴다. 이 반응은 1861년 A.W.콜베가 처음 합성에 성공한 것을 R.슈미트가 개량하 였으므로 콜베-슈미트의 반응이라 한다.해열 ·진통의 작용을 지니고 있으므로, 나트륨염이나 칼슘염으로 내복하며, 또 각종 약 물에 살리실산을 결합시켜 용해성 ·안정성 ·약리성 등을 개량하는 데 쓰인다. 또 각 질의 병적인 증식(사마귀 ·티눈)을 제거하기 위한 고약으로 사용되고, 메틸에스테르는 외용 도포약으로 진통 ·소염 등에, 페닐에스테르는 장 ·요도 등의 방부제로 사용된다. 또 식품 방부제로 사용되었으나, 독성이 문제가 되어, 현재는 사용되지 않고 있으며, 이 밖에 매염(媒染) 아조염료나 직접염료를 합성하는 중간체로서도 중요하다. 구리 ·티탄 ·철 등의 금속이온과 킬레이트 화합물을 만들고 짙은 색이 되므로, 이들 금속의 화학 분석용 시약으로도 유용하다.⑤ 아세틸실리실산화학식C_9 H_8 O_4.녹는점 135℃. 냄새가 없는 백색 결정으로, 물에는 잘 녹지 않으나, 알 코올 ·에테르 ·클로로포름 등 유기용매(有機溶媒)에는 녹는다. 해열 ·진통 ·소염(消炎)작용이 있으며, 진통제나 류머티즘성 질환의 치료제로서 유효하나, 복용량이 지나치 면 위(胃)에 장애를 일으킨다. 독일 바이엘사(社)가 아스피린이란 상품명으로 판매하고 있다. 이 화합물의 칼슘염은 물에 잘 녹으므로 가용성(可溶性) 아스피린이라 하며, 의약 품으로 널리 사용된다.⑥ 아세트산무수화물무수아세트산이라고도 한다. 화학식(CH_3 CO)_2 O. 1852년 프랑스의 화학자 C.F.제라르에 의해서 처음으로 만들어졌다. 자극적인 냄새가 나는 무색 액체로, 분자량 102.09, 녹는점 －73℃, 끓는점 140.0℃, 비중 1.0871(15℃)이다. 물에는 약 2.7% 녹아 서서히 반응하여 아세트산이 된다. 이 반응은 산이 존재하면 촉진된다. 강한 염기와 반응하여 아세트산염 이 된다. 에틸알코올에도 녹는데, 역시 서서히 반응하여 아세트산에틸이 된다.또 에테르·벤젠·니트로벤젠 등에도 녹는다. 증기는 최루성을 지니며, 액체가 피부에 묻 으면 물집이나 염증이 생기므로 취급할 때에는 주의해야 한다. 다음 식과 같이, 케텐CH_2 =CO와 아세트산CH_3 COOH의 반응, 또는 무수염화알루미늄을 촉매로 한 아세트 산과 포스겐의 반응 등에 의해서 만들어진다.CH_2 =CO＋CH_3 COOH → (CH_3 CO)_2 O화 학약품, 염료의 원료, 아세트산에틸·아세트산아밀 등 용제의 원료로 사용되며, 셀룰로오 스의 아세틸화(레이온·불연성 필름 등)의 원료로도 사용된다.⑦ 아스피린아스피린은 진통작용외에도 해열 및 소염작용 등 효과범위가 넓다. 대부분의 질병은 그 원인이 무엇이든지간에 통증, 열 염증등을 수반하므로, 아스피린은 현대생활에서 가장 널리 쓰이는 '만병통치약'이라 할 수 있다. 아스피린은 하루 1정이하 복용의 적은 양으로 심장질환 및 뇌혈전증을 예방, 치료한다. 하루 2정 내지 6정의 복용으로 진통 및 해열작용, 그 이상의 양으로는 관절염의 부기와 염증을 가라앉히는데 쓰인다. 아스피린이 인체에 어떻게 작용하는지는 많은 연구에도 불구하고 아직 완전히 해결되지 않고 있다. 아스피린의 작용에 대한 최초의 만족할 만한 가설은 1970년대 초에 발표되었는데, 아스피린이 프로스타글란딘이라는 호르몬의 합성을 저지한다는 주장이다. 여러분들은 상처를 입었을때에 상처부위가 심하게 붓고 열이 나며 아픈 것을 느낄 것이다. 이러한 증상은 세포가 손상되었을 때 포로스타글란딘이라는 호르몬이 분비되기 때문이다. 프로스타글란딘은 탄소 20개로 이루어진 불포화지방산으로, 화합물의 구조가 조금씩 달라짐에 따라 이미 기술한 증상외에도 연조직을 수축시키거나 이완시키기도 한다. 예를 들면 프로스타글란딘의 하나인PGE_1은 염증을 강화시켜주는 물질인데, 아스피린은PGE_1생합성의 초기단계에 과녕하는 효소를 불활성화시켜 프로스타글란딘이 생기지 못하게 함으로서 염증을 가라 앉힌다. 아스피린의 부작용으로는, 위점막에 자극을 주어 위장장애가 있가 쉽고 드물게는 알레르기가 있을 수 있다. 아스피린에 예민한 사람은 해열 및 진통제로서 아세트아미노펜을 복용하기도 하는데 흔히 타이레놀이라는 상풍명으로 팔린다. 그러나 아세트아미노펜은 졸리움, 이완, 약간의 진정작용등의 부작용을 수반한다.(4) Settingfigure 1 플라스크.(5) Instrument① Erlenmeyer flask (250㎖) ② beaker(150㎖, 500㎖) 2개③ heatingsize(electric heating instrument ) ④ medicine dropper

공학/기술| 2002.12.30| 5페이지| 1,000원| 조회(1,180)

아스피린, 화학, 합성

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[화학] 공업분석 표준적정

(1) TitleN/10 탄산나트륨 표준액의 조제와 N/10 염산표준액의 조제 및 표정(2) Object진한 염산을 묽게 하여 약 N/10로 하고, N/10 탄산나트륨 표준액으로 표정한다.(3) Theory① 염산염화수소산이라고도 한다. 동물의 위에서 분비되는 위산의 주요 성분이다. 공업적으로는 염소와 수소에서 직접 합성한 염화수소를 물에 흡수시켜서 만드는데, 이것을 합성염산이라 한다. 또 유기화합물을 염소화할 때 부가적으로 얻는 경우도 있는데, 이것은 부생(副生) 염산이라 하며, 불순물로 인해 착색되어 있다.【성질】 보통 무색이고 농도 35 % 이상의 것을 진한 염산이라고 한다. 진한 염산은 습한 공기 중에서 두드러지게 발연하고 자극적인 냄새가 나는 용액이며, 일염기산은 전형적인 강한 산이다. 공업용 염산에는 염화철 등이 함유되어 있어 황색을 띤다. 시중에서 판매되는 것은 37.2 %(100g 내에 있는 염화수소의 그램수)로 약 12 N, 비중 1.190이다. 또 10 % 이하를 묽은 황산이라고 한다. 농도 C %와 비중 d의 관계는 C=200(d－1)로 표시된다. 1기압하에서는 일정한 끓는점 108.584 ℃를 가진다. 20.24 %에서 물과 공비혼합물을 만들기 때문에, 농도에 관계없이 끓는점은 차차 올라가며, 이 온도에서 증발분과 잔류분이 같아진다. 아연 ·알루미늄 ·주석 등 이온화경향이 큰 금속과는 반응하여 수소를 발생시킨다. 이온화경향이 작은 은 ·수은 ·금 ·백금 등과는 반응하지 않으나, 구리 ·철 ·니켈 등과는 가열하면 녹는다. 금속의 산화물은 일반적으로 반응하여 염화물이 된다. 비금속과는 거의 작용하지 않는다.【용도】 각종 시약으로 중요하다. 또, 무기약품 ·염료 ·의약품의 제조, 녹말의 당화 등에도 사용되나 가장 소비량이 큰 용도는 글루탐산나트륨 ·간장 등 아미노산 조미료의 제조이다. 진한 염산은 극약이므로 주의해야 한다.② 표준용액표준액이라고도 한다. 옥살산 표준용액과 같이 순수한 물질을 칭량하여 일정량의 용액에 녹이는 것만으로 표준용액이 얻소다회, 10수화물은 세탁소다 ·결정소다라고도 한다. 화학식Na_2 CO_3. 무수물은 백색 분말로, 흡습성이 강하다. 일반적으로는 1수화물 ·7수화물 ·10수화물이 알려져 있다. 100g의 물에 0℃에서 7.1g, 100℃에서 45.5g 용해한다. 알코올 ·에테르 등에는 녹지 않는다. 수용액은 다음과 같이 분해하여 알칼리성을 나타낸다.Na_2 CO_3 ＋H_2 O → NaOH＋NaHCO_3염산HCl이나 황산 등의 강한 산에 가하면 이산화탄소CO_2를 발생한다.Na_2 CO_3 ＋2HCl → 2NaCl＋H_2 O＋CO_2 ↑공업적인 제조법으로는 암모니아-소다법(솔베이법) ·르블랑소다법(르블랑법) ·전해(電解)소다법(전해법)의 세 방법이 있는데, 현재는 암모니아-소다법이 주로 사용되고 있다. 암모니아소다법은 식염의 포화용액에 암모니아가스를 포화시키고, 여기에 이산화탄소를 통과시켜 탄산수소나트륨을 만들고, 이것을 가열하면 생긴다. 르블랑법은 현재 거의 사용되지 않고 있지만, 식염과 황산을 반응시켜 얻는 황산나트륨을 탄소로 환원시켜서 이것과 탄산칼슘으로부터 얻는다. 또, 전해소다법은 식염수를 전기분해하여 수산화나트륨을 만들고, 이것에 탄산가스를 가해서 얻는다. 유리 ·비누 ·수산화나트륨 ·탄산수소나트륨 등의 제조원료로 사용되며, 알칼리로서 종이 ·펄프의 제조, 염료의 유기합성 등 여러 분야에서 사용된다.④ 무수수분을 포함하지 않는다는 뜻으로 접두어로서 다음과 같이 사용된다.① 금속염의 수화물에서 부가되어 있는 물을 모두 제거했다는 뜻이며, 예를 들면CuSO_4를 무수황산구리(II)라고 부른다.② 무기산을 탈수해서 생긴 화합물 및 물 또는 염기와 화합하여 각각 산 또는 염을 만드는 무수산에 대해서 무수아세트산, 무수말레산과 같이 명명한다.③ 수분을 포함하지 않는다는 뜻이며 무수알코올, 무수에탄올과 같이 부른다⑤ 교반기주로 화학공업에서 사용된다. 또 교반의 형식에 따라 탱크 교반기와 유동식 교반기로 크게 나누어지는데, 가장 오래 된 것으로는 G.아그리콜라가 쓴 《데레메)가 낮은 액체교반용, 또는 고체입자를 함유하고 있는 액체에도 사용된다.② 오어형: 낮은 점도용에서 제일 간단한 것이다.③ 터빈형: 원심력을 이용하는 것인데 상당히 능률적이다.④ 나선축형: 점도가 높은 대상물의 교반에 사용된다. 교반기 내의 액체의 움직임도 교반효 과에 큰 영향이 있는데, 이것은 용기의 모양, 교반기의 모양과 그 위치, 방해 판의 유무 등에 따라 여러 영향을 끼친다.일반적으로 방해판이 있는 것이 교반효과가 좋다. 화학공업에서는 화학반응용으로 사용되는 것이 가장 많고, 조합·용해·세정·분산·흡착(吸着)이 그 다음이며, 전열용에도 사용된다. 가정용 전기세탁기도 교반기의 하나이다. 이 밖에 이동식 교반기라고 하여 펌프에 의해 유체를 압송(壓送)하여 혼합시키는 것이 있는데, 저점도(低粘度)액체의 연속혼합에 적합하다.(4) Settingfigure 1. 500㎖ measuring flask(5) Instrument① survey bottle ② desiccator③ beaker 5 ④ 500㎖ measuring flask 2⑤ washing bottle ⑥ agitator⑦ magnestickbar ⑧ funnel⑨ burette ⑩ transfer pipet⑪ clamp(6) Reagent① anhydrous-sodium carbonate ② dil-hydrochloric acid③ methyl orange(7) MethodⅠ. N/10 탄산나트륨 표준액의 조제- 조제 -① 칭량벙을 세척 후 시계접시 위에 올려서 정온 건조기 내에서 건조 (100∼110℃), 데시 게이터 중에서 방냉 (약 30분간)하여 정확히 단다.② 무수탄산나트륨 5g을 윗접시저울로 달아서 도가니에 넣는다. 그 후 건조 무수탄산나 트륨 2.65g을 정확히 단다.③ 내용물을 비이커에 옮긴 후 순수약 100∼150㎖로 용해 시킨다.④ 용해시킨 용액을 500㎖ 메스플라스크에 옮긴다.⑤ 500㎖ 메스플라스크에 증류수를 표선까지 채운다.⑥ 표선까지 채운 500㎖ 메스플라스크를 잘 흔들어 섞는있는 미분도 모두 비이커에 유입시킨다. 우선 내벽을 잘 씻어 그 세척액 도 비이커에 넣는다. (칭량을 전부를 비이커에 옮긴다.)주4. ① 깔대기를 이요하여 조용히 넣는다. 1방울도 흘리지 않도록 주의한다.② 「증류수」는 세척병의 순수로서 사용한 폴리스맨을 씻고, 그 세척액도 메스플라스 크에 넣는다. 마지막으로 깔대기도 씻고, 그 세액을 넣는다. 깔대기를 빼고, 순서를 주의 하면서 표선까지 채운다.주5. 병매개를 하여 거꾸로 흔들어 섞는다. 다시 바로 한다음 한번 더 반복한다. 시약병에 약간 넣어서 시약병을 옆으로 기울여 돌려서 내벽 전체가 젖도록 한다음 액을 버린 다.주6. 용기내벽이 물로 젖어 있을 때는 위에서 만든 메스플라스크 내의 시약을 시약병에 약 간 넣어서 시약벙을 옆으로 기울여 돌려서 내벽 전체가 젖도록 한다음 액을 버린다.이런 세정 조작을 다시 반복한 후 보관할 표준액을 넣는다.(용기 내의 약간의 물에 의 해 농도가 변하는 것을 방지하기 위해) label을 붙인다.계산: 칭량병 +Na_2 CO_3·····16.7370g칭량병 ··········14.0322g -Na_2 CO_3채취량 ······ 2.7048gNa_2 CO_31그램당량 = 52.995g이 용액 1ℓ 중의Na_2 CO_3그램당량수를 구하면{ 2.65 TIMES { 1000} over { 500} } over { 52.995} = 0.1000g따라서, 용액의 농도는 0.1000N이다.노르말 농도 [N]{ 용액 1ℓ중 용질의 무게 [g]} over {용질의 1그램 당량 }노르말 농도계수 (factor, f)표준액의 농도를 보정하기 위한 계수를 factor라 한다. 위의 예에서 표준액의 농도 (노르말 농도)를 0.1000N-Na_2 CO_3로 표시하여도 되지만 N/10을 기준으로 해서 N/10Na_2 CO_3(f=1.000)처럼 표시할 경우가 많다.0.1021 [N]= 1/10 [N] × 1.021 factor는 1.000로 되어 f=1.000로 쓴다.위의 예에서 factor를 직접 구하기HCl은 적정에 의해 생긴 염화물의 다수가 수용성이므로 보통 사용되어 지고 있으나 가 열시에는 휘발하므로 비휘발성인H_2 SO_4를 사용한다.시판하는 진한 염산은 약 12N이므로 약 N/10로 하려면 120배 묽혀야 한다. 500㎖ 조제 하는 데 필요한 12N-HCl을x㎖라고 하면NV=N'V',12x= (1/10) TIMES 500x= 4.2㎖표정은 탄산나트륨 표준액을 사용한다.Na_2 CO_3 + 1HCl -> 2NaCl +H_2 O +CO_2이 반응의 종점은 pH가 약 3.8이므로 지시약을 메틸오렌지를 사용한다.(브롬페놀불루우를 사용해도 좋다.)이 반응식으로부터 다음과 같은 관계를 알 수 있다.Na_2 CO_3 = 2HCl(기호 =는 당량관계를 나타낸다.){Na_2 CO_3 } over {2 } = HCl (=1당량)-조제-① 진한HCl약 4.2㎖를 칭량병에 넣어준다.② 칭량병의 진한HCl을 넣어준 비이커에 순수 약 500㎖를 잘 흔들어 섞는다.③ 섞어준 용액을 실혼까지 방냉후 시약병에 넣어준다.④ N/10HCl표준액(미표정)한 것을 뷰렛에 넣는다.주1. 「진한HCl약 4.2㎖」는 메스피펫으로 잰다. 앞으로 ○○㎖하는 것은 눈금실린더 를 사용토록 한다. (뷰렛을 사용해도 좋다.)주2. 「순수약 500㎖」눈금실린더로 잰다. (방냉 후 500㎖ 메스플라스크를 사용해도 좋 다. 이 때는 대략 표선에 맞게 하면 된다.)주3. 잘 씻은 시약병에 옮긴다. 여기서는 병의 내벽이 물로 젓어 있어도 좋다. (대략적인 농도용액을 만들어 표정하기 전이기 때문에)주4. ① 조제한HCl을 5∼10㎖ 넣고, 내벽전체가 젓도록 기울여서 회전시키고 콕크를 열어서 약 1/3을 출구로 흘러내고, 남은 것은 입구로 버린다. 이런 세척 조작을 반복한다.② 깔대기를 사용하여 조제한HCl을 0눈금보다 수 ㎝ 위까지 넣고 깔대기를 빼낸 다.③ 뷰렛관을 가볍게 두드려서 기포를 없애고, 콕크를 열어 서서히 유출시켜 콕크 아 래 부분의 공기를 쫓아 낸 다음 콕크를 잠근다.④HCl가 0눈금이하면, 0이상앤다.

공학/기술| 2002.12.30| 7페이지| 1,000원| 조회(603)

화학, 공업분석, 표준적정

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[화학] 단순증류

(1) Title단순증류(2) Object증류는 액체 또는 고체의 물질을 끓여 중기상태로 한 것을 냉각함으로써 다시 액체나 고체상태로 만드는 조작이다.증류는 재결정이 불가능한 액체물질의 정제에 특히 중요하며 그 방법에 따라 단순증류 (상압증류), 분별증류, 수증기증류, 감압증류 등으로 나눈다. 이 방법중에서 단순증류과정은 불순한 용매의 정제 또는 비휘발성 불순물의 제거 등을 필요로 할 때 가장 많이 이용된다. 증류장치는 물질의 성질 및 증류의 목적에 따라서 각각 다르다.만일 에테르나 아세톤과 같이 끓는점이 낮은 인화성 물질을 증류할 때는 증류플라스크의 가지가 되도록 위에 붙고 리비히 냉각기는 되도록 긴 것을 사용한다. (그리고 가열은 중탕 또는 불에 안정한 가열기구를 택한다.) 그러나 끓는점이 높은 물질의 경우에는 증류플라스크의 가지는 밑에 붙고 냉각기도 공기 냉각기를 사용할 수 있다. 증류장치는 밀폐되어 장치내부에 높은 압력이 발생하지 않도록 조심하고 가열을 시작하기 전에 반드시 끓임돌을 넣어 튐(bumping)을 방지한다.그리고 유출속도는 보통 1분에 30∼60방울 (1∼2㎖)로 서서히 유출하도록 조절한다.또한 증류종말에는 항상 증류플라스크 내에 소량의 액체가 남도록 한다.(3) Theory① 설탕과 같은 비휘발성 불순물이 순수한 액체에 가해졌을 때 비휘발성 물질은액체의 증 기압을 감소시키는 효과를 갖는다. 이것은 비휘발성 물질의 존재가휘발성 물질의 농도 를 낮추어 휘발성 물질의 증발능력을 감소시키 기 때문이다. 휘발성 물질의 혼합물의 증기압에 미치는 효과는 다음과 같다.Figure에서 곡선 1은 순수한 액체의 증기압-온도관계를 나타내며 곡선 2는 비휘발성 불순물이 포함된 혼합용액의 증기압-온도관계를 나타낸 것이다. 혼합용액의 증기압이 더 낮기 때문에 곡선 2가 곡선 1보다 760mmHg선과 교차하는 온도가 더 높아 용액의 끓는점이 더 높다. 단순증류는 보통 위 그림과 같은 장치로 한다. 이때 온도계를 증류 액의 끓는 온도를 측정할 목적으로 사용되기 때문에 잘 볼 수 있도록 장치한다. 순수 한 액체인 경우 온도계에 나타나는 온도는 액체가 과열되지 않는 한 증류 플라스크 안 의 액체의 끓는점과 일치할 것이다. 그래서 온도계에 나타 나는 온도는 증류하는 동안 일정하게 유지되어야 한다. 단순증류는 용매를 날려없앨 때도 자주 이용된다. 증류될 액체 내에 비휘발성 물질이 존재하더라도 온도계에 나타나는 온 도는 온도계의 수은구 표면에서 냉각되는 물질이 불순물에 오염되어 있지 않기 때문에 순수한 액체의 끓는점 과 같다. 그러나 증류플라스크 안의 액체의 온도는 불순물로 인하여 용액의 증기압이 감소되었기 때문에 상승한다. 따라서 증류가 진행되는 동안 불순물의 농도가 증가하여 액체의 증기압을 더 낮추기 때문에 증류플라스크 안의 온도는 계속 상승한다. 그러므 로 증류가 진행될수록 그릇, 즉 가열기의 온도를 올려 주어야 할 것이다. 증기압과 균 일한 액체혼합물이 조성과의 정량적 관계는 Raoult의 법칙에 의해 다음과 같은 식으로 표시된다.PA = PA。NA여기서 PA :성분 A의 부분압력PA。 : 순수한 A의 증기압NA : A성분의 몰분율[NA = nA/(nA + nB + nC + …)]만약 A 이외의 모든 성분들이 비휘발성 액체라면 혼합물의 전체압력은 비휘발성 화합 물의 증기압이 거의 0이기 때문에 성분 A의 부분압력과 동일하다. 따라서 혼합물로부 터 증류되어 나온 증류액은 순수한 것이다. 그러나 2개 이상의 성분이 휘발성이면 전 체압력은 이들 휘발성 성분의 부분압력의 합과 같게 된다(Dalton′s Law).Ptotal = PA + PB + PC + … (A, B, C휘발성 성분)이와 같은 휘발성 액체혼합물의 증류법은 위에서 설명한 단순증류법과 다르다. 왜냐하 면 증류액에 휘발성 성분 각각이 포함되기 때문이다. 이런 경우의 분리는 분별증류에 의해서 이루어진다.② 증류액체를 정제할 때, 또는 액체가 혼합물인 경우 이것을 각 성분으로 분리시킬 목적으로 행하는 일이 많다. 증류할 때 처음에 증발해 나오는 것은 끓는점이 낮은 물질이고, 나중에 나오는 것일수록 끓는점이 높은 물질이다. 증류에 의해서 얻는 액체를 유출액 또는 유분(溜分)이라 하고, 남은 액체를 잔류물이라고 한다.유출액을 다시 증류하였을 때,새로 생긴 유출액은 앞서 얻은 유출액보다 휘발성이 더 크고 끓는점도 낮다. 이와 같이 증류를 되풀이하는 것을 재증류라고 한다. 이에 대하여 한 번만 증류하는 것을 단증류(單蒸溜)라고 한다. 재증류를 되풀이하면 거의 순수한 액체를 얻을 수 있다. 증류는 상압에서 하는 상압증류 외에, 끓는점이 높은 것을 감압함으로써 끓는점을 내려서 증류하는 감압증류, 압력을 더 내려서 하는 분자증류 등이 있다. 분자증류는 저온에서 할 수 있는 데다가 증발하는 분자간에 화학변화를 일으킬 우려가 있을 경우에 유효하다.이 밖에 수증기를 가함으로써 끓는점을 강하시켜서 증류하는 수증기증류, 용제를 첨가해서 증류하는 추출증류 ·공비증류(共沸蒸溜) 등도 있다. 실험실에서 증류할 때 필요한 장치는 용액을 넣는 증류플라스크, 효율을 높이기 위한 증류관, 증발하는 유분을 냉각시키는 냉각기(리비히냉각기 ·짐로트냉각기) 등이다. 공업적으로는 증류플라스크에 해당하는 부분이 증류 보일러이고, 증류관과 냉각기에 해당하는 부분이 증류탑(정류탑)이다.증류탑은 탑 안에 여러 단의 선반을 설치한 선반탑, 탑 안에 충전제를 채운 충전탑 등 2가지로 대별된다. 충전제는 비금속, 특히 도자기가 사용된다. 장치는 보통 금속으로 만들어지며, 증류탑 꼭대기에 도달한 증기의 일부는 응축하여 탑 안으로 흘러 떨어지고, 나머지는 유출분으로 얻게 된다. 흘러 떨어진 액체는 다시 탑의 하부에서 가열되어 증기로 상승함으로써 증류가 되풀이된다.조작방법에 따라 어느 일정한 끓는점을 가진 물질을 다량으로 얻을 수 있다. 이러한 증류법을 정류(精溜)라고 한다. 증류는 화학공업에서 여러 분야에 걸쳐 이용되고 있다. 그 중에서도 석유화학공업에서 원유로부터 각종 조류분(粗溜分)으로 나누는 석유증류, 알코올공업에서의 알코올 정제 등은 증류의 대표적인 예이다.【추출증류와 공비증류】 공비혼합물이나 끓는점이 가까운 것의 혼합액은 한쪽 성분에만 친화성이 높은 성분의 용제를 첨가하여 그 성분의 증기분압을 낮게 해서 증기의 조성과 액체의 조성의 차를 크게 한다. 이 경우 비교적 휘발성이 낮은 용제를 가하는 방법을 추출증류, 비교적 휘발성이 높은 용제를 가하는 방법을 공비증류라 한다.③ 분별증류분류(分溜)라고도 한다. 일반적으로 혼합액체를 가열하면, 끓는점이 낮은 성분이 먼저 증발한다. 따라서 증발하는 기체를 냉각 등의 방법으로 제거하면 연속적으로 증발이 이루어져 잔류하는 액체는 끓는점이 높은 성분이 많아지게 된다. 실제로 증발하는 기체를 몇 가지 온도로 나누어 액화한 유출물, 즉 유분(溜分)을 모아, 이들을 다시 증류하여 각 유분으로 나눈다. 이와 같은 조작을 되풀이하면 각 성분은 거의 순수한 것이 되어 분리된다. 다만, 공비혼합물(共沸混合物)을 만드는 경우는 이 방법으로는 분리시킬 수 없다. 한편, 실험실에서는 증류장치로 행하지만, 각종 정류장치(精溜裝置)를 사용하여 능률을 올릴 수도 있다. 공업적으로는 분류탑(分溜塔)이라고 하는 용량이 큰 장치를 써서 행한다.용액의 증기압은, 서로 다른 끓는점 (비등점이라고도 한다)을 바탕의 액체성분을 분리하는 과정인, 분별증류와 직접 관련이 있다. 분별증류는 때로는 분별결정과 비유된다. 이성분계(두가지 성분을 갖는 계, 즉 벤젠 톨루엔과 같은)를 분리한다고 가정하자. 벤전과 톨루엔은 상대적으로 휘발성이지만 끓는점은 꽤 차이가 있다. (각각 80.1。C 와 110.6。C). 이 두가지를 포함하는 용액을 끓일 때 생성되는 증기는 더 휘발성이 있는 성분인 벤젠이 더 많을 것이다. 이 증기가 다른 용기에서 응축되고 이 용액을 다시 끓이면 벤젠의 농도가 더 높은 것이 기체상에서 얻어질 것이다. 이 과정을 여러번 되풀이하면 벤젠을 톨루엔으로부터 분리하는 것이 가능할 것이다. 벤젠과 톨루엔이 담겨진 둥근 바닥 플라스크를 작은 구슬이 채워진 긴 칼럼에 연결한다. 용액이 끓을 때, 기체는 칼럼의 아래 부분에서 작은 유리구슬에 웅축되어 액체가 다시 증류플라스크로 되돌아간다. 시간이 지남에 따라서 유리구슬들이 점차 가열되고 증기는 위로 조금씩 올라가게 된다. 요약하면, 칼럼에 채워진 물질은 벤젠과 툴루엔 혼합물을 연속족으로 수많은 기화 응축 단계를 거치게 한다. 각 단계에서 칼럼 내의 증기의 성분은 더 휘발성이 있는, 즉 비등점이 낮은 성분의 것이 많이 차지하게 된다.(이 경우는 벤젠). 결과적으로 순수한 벤젠 기체가 맨 꼭대기 부분까지 오르고 응축되어 수획플라스크에 포집된다.

공학/기술| 2002.05.18| 5페이지| 1,000원| 조회(4,210)

단순증류, 화학, 증류, 단순

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[화학] 물분석 평가B괜찮아요

(1) Title물분석(2) Object천연수에는 유기물과 무기이온들이 녹아 있다. 특히 칼슘염과 마그네슘염을 많이 함유하는 물을 센물(경수;硬水, hard water)이라 한다. 고급지방산의 나트륨염인 비누와 칼슘이나 마그네슘이온이 결합하면 물에 녹지 않는 침전이 생가므로 빨래가 되자 않는다. 센물의 정도는 경도(hardness)로써 나타내며, 경도가 1이라 하는 것은 보통 탄산칼슘이 1p.p.m.있는 것을 말하고, 이 값이 20이상이면 센물, 그 이하이면 단물(연수; 軟水, soft water)이라 한다.센물을 단물로 만드는 방법은 여러 가지 있다. 음이온인HCO^3-를 함유하는 센물을 일시적 센물이라 하는데, 이것은 보일러에서 스케일(seale)을 만들어 연료의 낭비와 폭발의 위험을 준다. 그러나 이러한 일시적 센물을 가열만 하면 물에 녹지 않는 탄산염으로 제거되는 단물이 될 수 있다.한편Cl^-과SO_4^2-같은 이온을 함유하고 있는 비탄산염의 센물은 가열만으로 단물이 되지 않고,NaCO_3와 같은 침전제를 가하여야 되므로 이러한 물을 연구적 센물이라고 한다.또 다른 방법은 이온교환수지법인데, 이것은 양이온만 교환될 수 있는 양이온교환수지를 통과시키면 물 속의Ca,Mg및Fe이온은 수지에 흡착되고, 계속하여 음이온 교화수지를 통과시키면So_4^2+,Cl^-등의 음이온까지 흡착되므로 무기물의 양·음이온을 제거할 수 있는 방법이다.(3) Theory① 수용액의 가장 중요한 성질 중의 하나가 용액 속의 수소이온의 농도이다.H^+또는H_3 O^+이온은 많은 유기 또는, 무기 물질의 용해도, 용액 속에 있는 금속 착물 이온의 성질과 화학반응의 반응속도에 큰 영향을 미친다. 따라서 수소 이온의 농도를 측정하는 것과 수소 이온의 농도가 용액의 성질에 미치는 영향을 아는 것은 매우 중요하다. 일반적으로 수소이온의 농도는 용액 자체의 몰농도(Molarity)로 나타내기 보다는 pH 단위로 나타내어진다. 용액의 pH 는 다음의 식에서와 같이 정의된다.pH = - log [ 정확한 부피는 비중병(pycnometer)을 이용하여 측정한다. 이 실험에서는 위에서 간략하게 언급한 방법을 바탕으로 액체의 밀도를 측정한다. 우선 빈 플라스크와 뚜껑의 무게를 잰다. 그 다음 플라스크에 물을 완전히 채운 후 다시 무게를 잰다. 위에서 측정한 무게의 차가 물의 무게이고 물의 밀도를 알고 있으므로 플라스크의 부피를 알 수 있다. 플라스크를 말린 후 미지의 액체를 위와 같은 방법으로 무게를 측정한다. 액체 시료의 무게와 플라스크의 부피로부터 액체 시료의 밀도를 구할 수 있다.table1. 물의 밀도물의 경도(hardness)는 물 중의Ca^2+및Mg^2+의 양을 이것에 대응하는 탄산칼슘,CaCO_3의 ppm(mgl-1) 으로 환산해서 나타낸 것이다. 물 중의Ca^2+와Mg^2+는 주로 지질에 기인한 것이지만 해수, 하수, 공장폐수 등에 원인이 있을 수도 있다. 수돗물에 있어서는 시설물의 콘크리트 구조물 및 물의 석회 처리에 의한 것이 있다. 경도가 너무 높으면 위장을 해치기도 하지만 적당량은 맛좋은 음료수도 되고 또, 수도관의 부식 방지에 도움이 되고 있다고 한다.경도는 전경도(총경도), 칼슘 경도 및 마그네슘 경도로 구분된다.전경도는 물 중의 칼슘 및 마그네슘 이온에 의한 경도를 말한다. 미리 완충 용액을 사용하여 시료의 pH를 약 10으로 조절한 후 EBT(Eriochrome Black T)를 지시약으로 하여 EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid) 용액으로 적정하여 구한다. 이와 같이 pH 를 10 으로 조절하는 이유는 시료용액의 pH는 EDTA의 해리 평형을 좌우하는데 pH = 10 일때, 6자리 리간드인 EDTA가 완전히 해리하여 6자리 배위자인 금속과 1:1로 반응하여 착물을 형성하기 때문이다.지시약으로 사용되는 EBT는 금속이온의 농도 변화를 예민하게 나타내주는 금속 지시약이다. EBT의 수용액은 pH 10 부근(7-11) 에서는 청색을 띠지만,Ca^2+ , Mg^2+등의 금속이온을 함유한 용액 중에 가하면A는 금속이온Mn^+와 반응하여 킬레이트 착물MY^(4-n)^-를 형성한다.(EDTA=Y^4-) 금속이온의 전하에는 관계없이 킬레이트 착물의 조성은 M:Y=1:1 로 EDTA 가 1몰이 필요하다.칼슘경도는 물 중의 칼슘 이온에 의한 경도를 뜻한다. 미리 시료의 pH 를 충분히 높인 후 (대략 12-13) NANA 지시약을 가하고 EDTA 용액으로 적정하면Mg^2+는Mg(OH)_2로 침전하고, 또 이 pH에서 적정하면Mg^2+가 EDTA와는 반응하지 않으므로Ca^2+만 정량적으로 구할 수 있다.마그네슘 경도는 물 중의 마그네슘 이온에 의한 경도를 뜻하며, 전경도에서 칼슘 경도를 빼주면 마그네슘 경도를 구할 수 있다.이 실험에서는 적정을 통하여 전경도를 구하게 되는데, 적정은 예를 들어 산과 염기가 정량적으로 반응할 때 농도를 정확히 아는 산 (또는 염기)의 표준용액을 만들어 염기 (또는 산)의 시료용액과 반응시킬 때 소비된 표준용액의 부피를 측정하여 시료용액의 농도를 알아낼 때 사용한다.시료가 산 (또는 염기)일때 표준용액은 염기(또는 산)가 되고, 표준용액을 적정액이라고 부르며 뷰렛에 넣고 시료용액이 들어 있는 플라스크에 조금씩 넣어 반응이 완결되었을 때 소비량의 눈금을 읽어 측정한다. 적정에서 표준용액과 분석물질은 정확하게 화학량론적으로 반응하기 때문에, 소비된 적정액의 양을 당량점이라고 한다. 그러나 당량점은 이상적인 값이고 실제로는 몇 가지 방법으로 얻어내는데, 이것을 종말점이라고 한다. 종말점과 당량점의 차이는 피할 수가 없는데, 그 차이를 적정오차라고 부르며, 종말점을 어떻게 결정하느냐에 따라 적정오차를 줄일 수 있다전경도(총경도)를 구하는 방법은 앞에서 기술한 것처럼, EDTA 1 mol 이Ca^2+및Mg^2+등의 금속이온 1 mol과 반응하므로 이들 금속이온들을CaCO_3로 환산하여 계산한다.EDTA = (Ca ^2+ + Mg^2+ ) = CaCO_31MEDTA1000ml=100gCaCO_3예를 들어 0.005M EDTA 1 ml 는CaCO_30. 비교적 적게 함유되어 있는 물을 단물[軟水]이라 한다. 센물 속에 탄산수소이온HCO^3-이 함께 포함되어 있을 때는 끓이면 단물이 되므로 일시적 센물이라 하고, 황산이온이 들어 있을 때는 끓여도 단물이 되지 않으므로 영구적 센물이라 한다. 다만, 영구적 센물도 이온교환수지를 이용하여 단물로 만들 수 있다.센물의 정도는 세기(hardness)로 나타내는데, 보통 물 100ml 속에 산화칼슘이 1mg 포함되어 있는 것을 세기 1도로 정하고, 마그네슘은 칼슘으로 환산(산화마그네슘 1.4mg=산화칼슘 1mg)하여 계산한다. 세기 20도 이상의 것이 센물이고, 세기 10도 이하의 것이 단물이다.지하수는 보통 세기가 커서 센물에 가깝고, 빗물은 세기가 작아 단물인 경우가 많다. 또 센물은 공업용수로서는 부적당하며, 특히 보일러에 쓰면 관석(罐石)이 생겨 보일러의 효율을 저하시킬 뿐 아니라 위험하다. 또, 비누를 사용할 때에 센물을 쓰면 거품이 잘 일지 않아 세척효과가 줄어든다.④ 영구적 센물일시적 센물과 함께 센물의 일종이다. 일시적 센물은 끓이면 단물로 변하지만, 영구적 센물의 경우에는 약품처리나 이온교환수지에 의한 처리가 필요하다.⑤ 단물연수(軟水)라고도 하며, 센물에 대응하는 말이다. 공업에서는 경도(硬度) 10 이하의 물을 말하며, 증류수는 경도 0인 단물이다. 그 밖에 빗물이나 수도물이 단물의 예가 된다. 경도란 물 100cm^3속에 산화칼슘 1ml를 함유할 때를 경도 1이라고 한다. 또 마그네슘은 산화칼슘으로 환산한다(1.4 MgO=1CaO).⑥ 이온교환수지법양이온교환수지·음이온교환수지가 있으며 그 밖에 양쪽성수지·전자교환수지·킬레이트수지 등이 있다. 1935년 영국의 B.A.애덤스와 F.L.홈스는 다가(多價)페놀과 포름알데히드를 축합시킨 수지가 양이온을, 또 m-페닐렌디아민과 포름알데히드를 축합시킨 수지가 음이온을 교환하는 것을 발견하였다. 그리고 이 수지에 의해서 물 속에 있는 각종 이온을 제거할 수 있다는 사실이 밝혀졌는데, 그후 독일 및 미국 등에서 하는 기로서 술폰산기－SO_3 H를 가지는 것. 넓은 pH 영역에 걸 쳐서 양이온교환이 가능하다. 경수(硬水)의 연화, 순수의 제조 등에 강한 염기 인 것과 병용하며, 가장 널리 사용된다.⑵ 약한산형: 카르복시기－COOH를 가지는 것. 능력이 크고, 재생이 가능하다.〈음이온교환수지〉⑴ 강한염기형: 4급 암모늄염기로서R_4 NOH형인 것. 강한 염기성을 지니며, 넓은 pH 영역 에 걸쳐서 음이온교환이 가능하다.⑵ 약한염기형: 1급·2급·3급의 아미노기를 가지며, 염기성은 약하나 능력이 크고 안정하 다. 이온교환수지는 각각 다음과 같은 중화반응·중성염분해·복분해(複分解) 등을 보인다(단, R는 수지의 모체).①R－H＋NaOH ↔ R－Na＋H_2 O②R－H＋NaCl ↔ R－Na＋HCl③R－Na＋KCl ↔ R－K＋NaCl④R－OH＋HCl ↔ R－Cl＋H_2 O⑤R－OH＋NaCl ↔ R－Cl＋NaOH⑥R－Cl＋NaBr ↔ R－Br＋NaCl이들 중 ②와 ④를 조합하면 해수의 탈염이 가능하다. 이 밖에 양쪽성 이온교환수지가 있는데, 이것은 양·음의 이온을 동시에 교환할 수 있다.【용도】 불순물 이온의 제거(純水) 제조, 경수 연화, 수크로오스·물엿·알코올·유지·가스 등의 정제, 포르말린 속의 포름산 제거 등), 각종 이온의 분리 추출(회토류원소·초우라늄원소 등의 분리추출, 비타민·알칼로이드·아미노산 등의 추출 정제) 외에 미량물질의 정량(定量), 이온의 치환(置換) 또는 촉매, 크로마토그래피 분석 방면에도 응용되는 등 그 용도가 매우 광범위하다.⑦ EDTA화학식C_10 H_16 N_2 O_8. 에틸렌디아민테트라아세트산이라고도 한다. 무색의 결정성(結晶性) 분말로, 녹는점240 ℃(분해)이다. 물에 대한 용해도는 22℃에서 100 ml의 물에 0.2 g 녹는다. 에탄올·에테르 등에는 녹지 않는다. 거의 모든 금속이온과 안정한 수용성 킬레이트를 만든다. 예를 들면, 무색의 주상(柱狀) 결정으로서K_2 [Ca edta]·4H_2 O등이 얻어지는데, 그 수용액은 알칼리성이며,다.

공학/기술| 2002.05.18| 9페이지| 1,000원| 조회(1,209)

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