1. 실험 목적PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)의 성능측정을 통한 연료전지 system을 이해하고 작동원리와 효율을 알아보도록 한다.2. 실험 원리▣ 연료전지의 기본적인 원리물을 전기분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데 연료전지는 물의 전기분해 역반응을 이용하는 것으로 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다. 연료전지는 일반 화학전지(예, 건전지, 축전지 등)와 달리 수소와 산소가 공급되는한 계속 전기를 생산할 수 있다. 즉, 공기만 있으면 무한히 사용할 수 있는 에너지이다.연료극과 공기극에 각각 수소와 공기(산소)가 공급되어 전해질과 반응하여 이온을 형성한다. 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극에서 전자가 생성되어 공기극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다. 한 개의 셀(cell)에서 전기가 발생하지만 이 전기의 양은 우리가 실생활에 사용하기에는 매우 적은 양이므로 셀(cell)들을 여러 개 포개서 많은 양의 전기에너지로 사용하게 된다. 여러 개의 셀(cell)들을 모아 놓은 것을 스택(Stack)이라고 한다.각 전극에서 일어나는 반응식과 총 반응식은 다음과 같다.Anode :Cathode :총 반응식 :▣ 연료 전지의 특성연료전지는 배기가 대단하게 깨끗해 환경에 친밀한 특성을 가지고, 얼마의 소용량으로도 효율이 높고, 더욱이 폐열의 유효 이용에 의하여 종합 에너지 효율의 향상이 도모할 수 있는 연료 전지는 신에너지의 하나로 위치하고 있으며, 보급 촉진이 기대되고 있다.? 고효율 -연료전지 는 연료의 연소과정과 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 과정 이 없어 기존에너지원보다 효율이 10 - 20 % 정도 높아진다.? 무공해 -연료전지는 연료로써 화석연료를 사용하므로 개질기에 의한 조작이 반드시 필 요하다. 이 경우 탈황, 분진제거를 충분히 할 수 있어서 SOx와 분진의 방출은 거의 없다. 또, 종합 효율이 높기 때문에 이산화탄소(CO2)의 발생도 적게 된다.? 열의 유효이용 -반응의 과정에서 발생하는 열을 유효하게 이용하는 것이 가능하고, 전기와 열 을 동시에 발생하는 코제네레이션 시스템에 최적입니다. 투입한 도시 가스의 에너지의 약 40%가 전기로, 약 40%가 온수나 증기로 되고, 종합적으로는 약 80%가 유효하게 이용할 수 있는 성에너지가 뛰어난 장치이다.? 설치의 간편성? 연료의 다양성 -신뢰도가 중요시 되는 특수목적용으로 순수소가 사용되나 일반전력 공급용으로 는 비교적 가격이 저렴한 탄화수소계열의 연료가 모두 사용이 가능하다.? 부지선정의 용이성 -연료전지를 이용해 발전을 할 경우 공해요인이 없으므로 도심지 속에서의 건설 이 가능하고, 다른 발전 방식에 비해 소요면적이 적으며 지속적인 냉각수 공급 이 불필요하기 때문에 발전소용 부지의 선정이 용이하다.? 저소음, 저진동 -연료전지는 기계적 구동부분이 없고, 가스공급기 등에 약간의 소음,진동 등이 있다.3. 실험 준비물4. 실험 방법① 다음과 같이 조립한다.(1) (2) (3)(4) (5) (6)※ 조립시 주의사항? 조립 시는 부품 속에 있는 장갑을 끼고, 맨손으로 부품을 만지지 않도록 한 다. 특히 전극, 고분자 전해질 막, 각 세퍼레이터의 내측(유로면)등은 만지지 말아야 한다. 또 눈을 보호하는 보안경 등을 착용해야한다.? 화기, 가연성가스, 휘발성용제 등이 없는 장소에서 조립하여 한다.? 전극은 안/밖이 있다. 검은 측이 도포 면에서 고체고분자전해질 막에 접한 면 이다. 틀리면 발전하지 않는다.? 조립을 하는 장소는 절연이 된 책상 등에서 행하여야 한다.? 각 세퍼레이터는 카본으로 되어 있다. 낙하 등의 강한 충격에 파손되므로 취 급에 주의하여야 한다.? 가스킷 등의 Seal 면에 이물질이 부착되면 기밀성 부족이 되어, 수소가 누출 되므로 주의하여야 한다.② 220V 전류를 공급하며 연료 전지의 Anode에는 H2, Cathod에는 air를 설정되어 있는 공급량만큼 공급한다.③ 저항을 바꾸어가며 전압, 전류를 측정한다.④ 전등을 on 후 빛을 태양전지판에 쬐어준다.⑤ 저항을 바꾸어가며 전압, 전류를 측정한다.5. 실험 결과? 결과 data? 1 KIT(잠자리 없는 것)전기를 사용솔라셀을 사용저항(Ω)전류(A)전압(V)전류(A)전압(V)2000.0020.700.0020.681000.0060.680.0060.65500.0110.600.0090.56100.0360.360.0250.2150.0460.240.0140.0930.0550.160.0120.0410.0990.150.0100.01LAMP0.0540.360.090.16MOTOR0.0110.650.010.10전기를 사용솔라셀을 사용저항(Ω)전류(A)전압(V)전류(A)전압(V)2000.0030.910.0030.691000.0050.890.0060.62500.0130.840.0090.51100.0510.700.0420.4350.1290.660.0460.2530.1680.600.0520.2010.3090.520.0550.06LAMP0.0690.730.0650.66MOTOR0.0110.800.0100.71? 2 KIT(잠자리 있는 것)? MATLAB 이용한 계산 및 그래프? 1 KIT(잠자리 없는 것)1) 전기를 사용한 경우 2) 솔라셀을 사용한 경우< 실험에서 얻은 값을 이용하여 MATLAB kh.M파일 작성과 그래프>? 2 KIT(잠자리 없는 것)1) 전기를 사용한 경우 2) 솔라셀을 사용한 경우< 실험에서 얻은 값을 이용하여 MATLAB kh.M파일 작성과 그래프>? 이론값의 그래프전류 (A)전하 (V)0.200.160.120.080.040.001.00.80.60.40.2
1. 실험 목적MMA를 현탁 중합법으로 monomer의 양을 달리하여 그 결과에 따른 수득률과 결과물의 변화를 알아보고 실험을 통해 현탁중합법의 의미를 이해한다.2. 실험 원리▣ 현탁중합물의 우수한 열적성질을 이용하여 열 제거의 문제를 개선한 중합법이다. 현탁중합은 구슬중합(bead polymerization) 또는 진주 중합( pearl polymerization)이라고도 한다. 현탁중합에서는 물에 불용성인 단량체와 개시제를 교반기가 있는 회분식 반응조에서 중합한다. 개시제와 사슬 이동제를 포함하고 있는 단량체방울(droplets)들이 생성되는데 단량체방울의 직경은 일반적으로 50∼200㎛ 정도이다. 이러한 단량체 방울들은 작은 중합반응기(reactor)로 작용하게 된다. 점착성인 단량체방울의 응집을 방지하기 위하여 보로 콜로이드(colloid)로 작용하게 된다. 점착성인 단량체방울의 응짐을 방지하기 위하여 보로 콜로이드(colloid)로서 일반적으로 폴리(비닐알코올)를 사용하고 중합혼합물을 일정한 속도로 교반해 주어야 한다. 중합말기에 가서는 입자들이 딱딱해지기 때문에 여과할 수 있고 여과후 중합물을 씻어준다. 용액중합과 비교할 때 용매에 드는 비용의 감소나 용매회수과정이 필요 없다는 장점이 있으나 분리하기 어려운 현탁 조제에나 안정제의 존재로 인해 고분자의 순도가 떨어지는 단점이 있다. 또한 반응기의 설계 비용이 용액중합보다 많이 든다는 단점이 있다. 일반적으로 현탁 중합법으로 가장 많이 사용하고 있는 고분자화합물은 폴리염화비닐(PVC)이나 그 단량체는 기체로서 중합장치가 고압 반응장치이어야 하며 중합조건도 로 조절하기가 어려워 단량체가 액체인 메틸메타크릴레이트를 선정하였다. 이 중합법으로 얻는 폴리메틸메타크릴레이는 분자량 분포가 좁고 사출성형을 할 수 있는 유동특성을 가지며 광학투명성이 매우 우수하여 렌즈로도 사용이 가능하다.▣ 현탁중합의 특징고중합도 고분자 생성물을 쉽게 얻을 수 있으며 또한 유화중합에서와 같이 분산제나 유화제 등을 사용하지 않기 때문에 비교적 순도가 높은 화합물을 얻을 수 있다. 물론, 이때에 안정제는 불용성의 무기물을 사용하여야 한다. 또한 중합반응이 끝난 후 중합체를 반응용기 또는 분산매와 쉽게 분리할 수 있는 것도 특징이다. 이중합법으로 얻어지는 중합체는 입상이고 또는 취급이 용이하므로 공업적으로 많이 이용되고 있는 중합방법중의 하나이다. 일반적으로 현탁중합법으로 가장 많이 사용하고 있는 고분자화합물은 폴리염화비닐이나 그 단량체는 기체로서 중합장치가 고압 반응장치이어야 하며 중합조건도 조절하기가 어려워 단량체가 액체인 메틸메타크릴레이트를 선정하였다. 이중합법으로 얻은 폴리메틸메타크릴레이트는 분자량 분포가 좁고 사출성형을 할 수 있는 유동특성을 가지며 광학투명성이 매우 우수하여 렌즈로서 사용이 가능하다.▣ PMMA의 특성투명성이 좋고 내광성이 우수하다. 무색으로서 가 시광선의 전파장을 흡수하지 않고 자외선도 270nm까지 투과한다. 착색성이 매우 좋아서, 흐린 색으로부터 짙은 색까지 광범위한 색조를 얻을 수 있다. 그리고 가열 또는 일광에서도 변색 또는 퇴색되지 않는 특성이 있다. 표면이 광택성이 있고 강인하며 가볍다. 내약품성이 좋아서, 무기 강산강알칼리 및 그 염류에 침식되지 않는다. 또한 유기사의 염류, 유지, 지방족 탄화수소에도 강하다. 내후성은 플라스틱 중에서 가장 좋다. 성형성 및 가공성이 좋다. 즉, 연화점이 80~90℃이므로 가온해서 구부리면 가공이 용이하며, 기계적 가공이나 수가공에 의해 모형류를 만들거나 조각할 수 있다.3. 실험 준비물 및 단계▣ 준비물500㎖ 3구 플라스크, 환류냉각기, 온도계, 교반기, 비커, 시계접시methyl methacrylate, BPO(benzoyl perexide), 물풀, 증류수▣ 실험 단계사구 플라스크에 폴리비닐알콜0.6g + 증류수 120㎖ + BPO 0.3g 을 넣고 교반사구 플라스크에 MMA(methyl methacrylate) 20g을 넣고 계속 교반온도를 90℃를 유지하면서 3시간 이상 가열반응이 끝나면 찬물로 식힘과 동시에 미반응된 물질을 제거하고 감압여과겔상의 입자 생성시 교반기로 계속해서 교반, 반응물 온도가 30 ℃까지냉각4. 실험 방법① 사구 플라스크에 폴리비닐알코올 0.6g을 증류수 120ml에 넣고 교반한다.② 벤조일 퍼옥시드 0.3g을 MMA20g 조금씩 넣으면서 계속 교반한다.③ 온도를 90℃를 유지하면서 2~3시간 동안 물중탕 하에서 가열한다.④ 반응이 진행되는 중에 겔상의 입자가 생성되면 교반기로 계속해서 교반하며 반 응물의 온도가 30 ℃까지 냉각시킨다.⑤ 생성된 고분자를 2~5회 세척 후 감압 여과한다.⑥ IR기기를 이용하여 분석한다.5. 실험 결과? 생성된 사진? 수율계산? PMMA를 IR기기를 이용하여 분석? PMMA의 c=o 결합인 부분(즉 이 부분이 PMMA가 중합되었음을 알 수 있다)을 찾아야 하는 데 위의 투과율로 도시한 그래프에서 빨간원을 그린 부분에서 투과율이 낮아졌다. 이 부분이 강한 peak가 나타났으며 1765cm-1, 49이다.< PMMA의 IR >6. 고찰현탁중합 방법을 이용하여 PMMA를 제조하는 실험을 하였는데 실험방법이 어렵지 않아 쉽게 끝마칠 수 있었다. 우선 우리조는 PMMA 17.23g을 얻었다. 그리하여 최종수득률은 86.2%이다. 왜 이 정도밖에 얻을 수 없었을까 생각을 하였는데 일단 물풀의 양과 교반기의 속도를 고려해 볼 수 있을 것 같다. 분자량이 큰 화합물이나 농도가 증가되면 생성 중합체 입자의 크기가 작아지는데 일반적으로 현탁 안정제와 생성입자의 크기나 분자량 분포에 대해서는 농도가 가장 큰 영향을 미칠 것 같다. 또 교반기의 속도에 관해서는 PMMA입자의 크기는 교반속도에 반비례한다는 것을 세미나 준비를 하면서 조사하면서 본 내용이다. 즉 교반속도가 빠를수록 PMMA입자의 크기가 작아지는 것이다. 따라서 이번 실험 결과 PMMA의 현탁중합에 있어서 수득률은 반응조건인 개시제의 양, 교반속도, 물풀의 양 등에 따라 변화 한다는 사실을 알 수 있었다.
1. 실험 목적시료내의 암모니아를 측정해 인도페놀 흡광광도 법을 이용하여 암모니아를 분석해 환경 기준에 맞는가를 측정하고 실험의 원리 이해 및 기기, 시약, 제조 방법 등을 익히는데 그 목적이 있다.2. 실험 원리▣ 정량분석용 시료용액에 페놀-니트로프루시드 나트륨 용액과 차아염소산 나트륨용액을 가하고 암모늄이온과 반응하여 생성하는 인도 페놀류의 흡광도를 측정하여 암모니아를 정량한다.▣ 분석시료채취량 20ℓ인 경우 시료중의 암모니아의 농도가 약 1ppm 이상인 것의 분석에 적합하다. 또한 암모니아의 농도가 10ppm 이상인 것에 대하여는 가스 채취량을 줄이던가 또는 분석용 시료용액을 흡수액으로 적당히 묽게하여 분석한다.▣ 적합범위암모니아 농도에 대하여 이산화질소가 100배이상, 아민류가 수십배 이상, 아황산가스 10배 이상, 황화수소가 같은 양 이상 각각 공존하지 않는 경우에 적합하다.3. 실험 준비물▣ 시약흡수액 : 0.5%-붕산(Boric acid, H3BO3) 용액발색시약 : 페놀(C6H5OH), 니트로푸르시드나트륨(Na2[Fe(CN)5NO]*2H2O)차아염소산나트륨(NaOCl), 수산화나트륨(NaOH)암모니아 표준액 : 황산암모늄[(NH4)2SO4]건조제 : 입상 실리카겔 또는 염화칼슘(CaCl2)바이패스용 세척액 : 10(V/V%) 황산(Sulfuric acid, H2SO4)▣ 기구시료채취장치분광광도계,습식 가스미터,아네로이드 기압계, 항온수조전자천징, 건조기, 마개 있는 시험관4. 실험 방법▣ 흡수액, 발색시약, 암모니아 표준액 조제① 페놀-니트로푸르시드나트륨 용액-페놀 2.5g 과 니트로푸르시드나트륨 12.5mg을 물에 녹여서 250ml로 한다.② 차아염소산나트륨용액-차아염소산나트륨(NaOCl, 유효염소 3~10%) 50/C (C: 유효염소%)ml 와 수산화나 트륨 7.5g을 물에 녹여서 500ml로 한다. 이용액은 사용할 때 조제③ 암모니아 표준액-황산암모늄 () 2.9498g을 취하고, 물에 녹여 1L로 한다. 이 용액을 다시 흡수액으로 1000배 묽게 하여 암모니아 표준액으로 한다.④ 흡수액 (0.5% 붕산용액)-붕산() 5g을 물에 녹여 1000ml, 250ml로 한다.⑤ (암모니아 표준액 : 흡수액) 부피비 5:5(미지시료 1), 7:3(미지시료 2) 혼합하 여 만든다.▣ 분석용 시료용액, 암모니아 표준액, 바탕시험액의 발색① 분석용 시료용액 10ml를 마개가 있는 시험관에 취하고 여기에 페놀-니트로푸르시드나트륨용액 5ml를 넣고 흔든 다음 차아염소산나트륨용액 5ml를 넣는다.② 암모니아 표준액 10ml를 마개가 있는 시험관에 취하여 위와 같이 조작한다.③ 흡수액 10ml를 마개가 있는 시험관에 취하여 (1)과 같이 조작하여 바탕시험액(대조액)으로 한다.▣ 분석용 시료용액, 암모니아 표준액, 바탕시험액의 흡광도 측정① 흡광광도계를 충분히 예열한 후 측정 파장을 최대 흡수파장인 640nm에서 측정한다.5. 실험 결과① 흡광도 측정 결과ABS%TCONC.BLANK0.000100.000.000표준액0.22060.290.220미지시료Ⅰ0.12674.800.126미지시료Ⅱ0.16867.930.168(흡수파장 640nm)② 결과사진▶ 미지시료를 만들어서 페놀-니트로푸르시드나트륨 용액과 차아염소산나트륨 용액을 각각 넣은 결과 처음에는 옅었던 색이 점차 시간이 지나 점점 진해져서 발색 색상인 블루색이 선명하게 들어났다.③ 계산▶ 암모니아 표준액의 농도1(mL - NH₃가스)/(L)▶ 0.001*A/▶ 건조 시료 가스량 구하는 방법 (표[1]의 시료 채취 조건에 따른)- 건식 가스미터를 이용하였을 경우여기서,Vs : 시료가스 채취량(ℓ)V : 가스미터로 측정한 흡인 가스량(ℓ)T : 가스미터의 온도(℃)Pa : 대기압(mmHg)Pm : 가스미터에 있어서의 게이지압(mmHg)Pv : t ℃에 있어서의 포화수증기압(mmHg)표[1] 시료채취시 조건배출가스온도(℃)150피토우관 계수0.85평균동압(mmHg)2.1중력가속도()9.81평균정압(mmHg)-9배출가스 중 수분량(%)15측정공에서 굴뚝직경(원형,m)0.9대기압(mmHg)770측정공 높이 (m)20()1.3건식가스미터로 측정한 흡인가스량20건식가스미터온도(℃)26.5건식진공 게이지압(mmHg)3▶ 암모니아 농도 (ppm)NH₃(ppm) :NH₃(%) :여기서,A : 분석용 시료용액 10ml 흡광도As : 암모니아 표준액 10ml 흡광도Vs : 건조시료 가스량(ℓ) (0℃, 760mmHg)▶ 암모니아의 농도를 계산하면① 표준액NH₃(ppm) :NH₃(%) :② 미지시료 INH₃(ppm) :NH₃(%) :③ 미지시료 II
관류흐름반응1. 실험 목적일정 온도하에서 시상수와 반응물 농도 변화에 의한 속도상수 값 구하고 온도와 속도상수 변화에 의한 활성화 에너지를 구할 수 있다.2. 실험 이론▣ 관형반응기생긴 모양이 관 모양이어서가 아니라, 반응기 안에서의 물질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기이다. 즉, 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축 방향 혼합 없이 방사방향만의 혼합이 일어나며 흐르는 플러그 흐름”인 반응기이다. 그래서 플러그 흐름 반응기(PFR)라고도 한다. 관형 반응기의 상태(온도, 조성, 유소)는 한 단면에서는 일정하다고 보며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변하게 된다.▣ EtOAc와 희석된 NaOH의 비누화 반응위와 같은 반응에 의해 얻어지는 sample을 채취하여, 반응하지 않고 남아있는 NaOH의 양을 역적정에 의해 측정할 수 있고, 그로부터 반응정도를 알아낼 수 있다.분석방법은 일정한 양의 sample 속에 포함된 반응되지 않은 NaOH를 중화하는데 사용되고 남은 HCl(이미 농도를 알고 있는)을 NaOH(표준용액)으로 다시 적정하는 것이다.이것으로 다음을 알아낼 수 있다.? 중화에 필요한 HCl의 양? 샘플에서 반응되지 않은 NaOH의 양? EtOAc과 반응한 NaOH의 양※ 분석방법① 상온에서 200mL 플라스크 안에 0.1M NaOH 20mL와 0.1M EtOAc 20mL를 반응 시킨 후 5분 뒤에 적정플라스크에 취한다.② 이 용액에 0.1M HCl 10mL를 섞는다.③ 페놀프탈레인 지시약을 수방울 떨어뜨린 후 0.1M NaOH로 이 용액을 종말점까지 적정한다. (무색→다홍색)④ 반응하지 않은 삭이 역반응인과 가수분해되는 것을 방지하기 위해 서는 빠른 시간안에 역적정한다.⑤ 소비된 NaOH의 양을 기록한다.▣ 반응속도상수 k구하기에틸아세테이트와 수산화나트륨 용액의 반응 :문헌에 의하면 이 반응은 2차반응이므로 양론식과 조합하면 다음과 같다.편의상 두 용액의 농도를 같게 하고, 체류시간으로 적분하면 다음과 같은식이 얻어진다.[시상수()]따라서, 속도상수는 다음 그래프의 기울기를 통해 얻어진다. 반응속도상수 k를 구할 수 있다.3. 실험 준비물? Tubular flow reactor experimental APP? 삼각 플라스크, 피펫, 뷰렛? 페놀프탈레인 지시약? 0.1M NaOH 표준용액? 0.1M HCl 표준용액4. 실험 방법① 관류흐름장치의 스위치를 켠 후 펌프를 가동시킨다.② 실험할 온도를 설정하고 튜브에 기포가 다 빠져나갈 때까지 기다린다.③ 실험할 온도가 유지되고 튜브에 기포가 다 빠지면 유량을 조절하고 반응되어 나 오는 용액의 sample을 채취한다.④ 채취한 sample에 0.1M HCl 10mL와 페놀프탈레인 지시약을 넣고 NaOH로 역적정한 값을 얻는다.⑤ 같은 방법으로 일정한 온도에서 유량을 세 번씩 변화시켜 반복 실험한다. (2 5℃,40℃)5. 실험 결과? 실험 data? 온도 25℃유량(mL/min)소비된 NaOH(mL)2008.24007.26006.5? 온도 40℃유량(mL/min)소비된 NaOH(mL)2008.73008.24007.5※위의 data를 이용하여 시상수(), 생성물의 농도(y), 반응속도상수(k)를 구하자.① 생성물의 농도(y)0.1-(NaOH적정량×0.1)/10ml② 시상수(): 반응기 부피관의 직경 : 0.6cm, 관의 길이 : 1850cm: 유량※여기까지 구한 값을 표로 다시 작성해보자.? 온도 25℃유량(mL/min)소비된NaOH(mL)생성물농도(y)1/yτ2008.20.01855.562.6154007.20.02835.711.3086006.50.03528.570.872? 온도 40℃유량(mL/min)소비된NaOH(mL)생성물농도(y)1/yτ2008.70.01376.922.6153008.20.01855.561.7434007.50.02540.001.308③ 반응속도상수(k)- 속도상수는 위의 표를 이용하여 다음 그래프의 기울기를 통해 얻어진다.? 25℃일 때? 위 그래프에서 기울기이다.? 40℃일 때? 위 그래프에서 기울기이다.? 활성화 에너지반응속도상수(k)실험온도(켈빈으로 바꿈)1/Tln K15.412298.153.1933.32227.713313.153.3542.735y축 x축? 위의 표를 이용하여 그래프를 그리고 이때 나오는 기울기는가 된다.?가 되고따라서 활성화에너지가 된다.6. 고찰이번실험은 연속 이상 반응기의 모델 중에 하나로서 반응공학적 측면에서 여러 가지 응용을 길러주는 실험에 많이 사용되고 있는 관형반응기(PFR)를 알아보았다.여기서 온도를 25℃, 40℃로 두고 유속을 달리하여 시상수와 반응물 농도 변화에 의한 속도상수 값을 구했고 온도와 속도상수 변화에 의한 활성화 에너지를 구할 수 있었다. 그래프를 보면 온도가 증가할수록 속도상수도 증가함을 알 수 있었다. 그 이유는 일정할 때 온도가 높을수록 반응이 더 빨리 진행되어 정상상태에 더 빨리 도달하기 때문이라고 생각했다.실험 데이터의 정확성이 떨어진 이유는 다음과 같다.첫 번째는 실험을 하는데 온도와 유속이 자꾸 변하는 바람에 일정함을 유지하기가 어려웠다. 두 번째는 역적정시 가수분해반응을 방지하기 위해 적정을 빨리 해야하는데 페놀프탈레인 시약을 미리 준비하지 않아서 시간이 조금 지체된 경향이 있었다. 세 번째는 우리 다음에 실험을 해야 하는 조가 있어서 실험을 시급히 하느라 신중함이 떨어진 거 같다.
반응속도식의 결정(GC 정량분석)1. 실험 목적일정한 시간간격으로의 농도변화를 GC로 정량분석한 후, 이로부터 얻어진값을 이용하여 반응속도를 구한다.2. 실험 이론▣ 크로마토그래피란?? 큰 넓이를 가진 정지상과 이것에 접하여 흐르는 이동상 사이에 분리하고자하는 성분을 분배시키는 물리적 분리법- 분리의 원리 : 분배, 흡착, 탈착, 이온교환 등- 분리효과에 영향을 미치는 인자 : 상호작용의 세기, 정지상 표면적의 크기? 크로마토그래피는 화합물들의 혼합 상태를 구성 성분들로 분리하는 방법이다. 각각의 구성 성분들로 분리함으로써, 다양한 시료 성분들을 정성적으로 그리고 정량적으로 쉽게 측정할 수 있다.▣ GC(기체크로마토그래피)가스크로마토그래피는 시료를 기화시켜 고정상에 채워져 있는 분리관 위에 주입하고 비활성 기체 이동상의 흐름을 따라 분리 되면서 고정상과 이동상 사이에 물리?화학적 작용에 의해 분배되면서 분리된다.? 조건- 기체 크로마토그래피 분석법에 적합하기 위해서는 화합물은 충분한 휘발성과 열적안정성- 화합물을 이루는 모든 분자 또는 부분적인 분자들이 400~450℃ 또는 그 이하 의 온도에서 기체 상태 혹은 증기 상태로 존재하면, 이 화합물들은 이러한 온도에서 분해될 수 없으며 이 화합물은 기체 크로마토그래피(GC)에 의해 분석될 수 있다.? 시스템- 고순도 기체들이 GC에 공급되고 이들 기체(운반 기체)중의 하나는 주입기로 흘러 들어가고 컬럼을 통과한 후 검출기로 향하게 된다. 시료는 일반적으로 주사기 또는 외부 시료처리장치에 의해서 주입기로 도입된다.- 주입기는 일반적으로 휘발성의 시료들이 증기화 될 수 있는 150~250℃의 범 위로 가열된다.- 증기화된 분석물질은 운반기체에 의해 컬럼으로 이동하게 되며 컬럼은 온도 조절 오븐에서 유지된다. 분석 물질들은 그들의 물리적 성질들, 컬럼의 온도 와 성분에 따라 결정된 속도로 컬럼을 통과하게 된다.- 각각 용리 되어져 나오는 순서대로 가열된 검출기로 들어가게 된다. 그 후 분석물과 감지기와의 상호작용에 의해서 전기적 신호가 발생된다. 최종적으 로 데이터 시스템에 의해서 신호의 크기가 기록되고 시간에 상관하여 크로마 토그램을 만들 수 있게 된다.▣ 정량분석? 정확한 정량 결과를 얻기 위해서 크로마토그램의 각 피크는 대칭적이고 각각 완전히 분리되어야 한다.? 피크형태 (Peak Shape)- 이상적인 크로마토그램의 피크는 좌우 대칭이며 좁은 것이다. 대칭 상태는 기기의 디자인뿐만 아니라 주입 구술, 분리관에서의 작용, 분리관의 과부하 여부등 여러 가지 변수에 의하여 좌우된다. 신속, 정확한 주입이 필수적이다.- 이는 셉텀을 통한 깨끗한 주입, 주사기 플런저의 빠른 작동 및 주사기를 빨리 빼내는 것 등을 뜻한다. 느린 주입은 항상 피크 확장을 일으키며 또한 자주 꼬리끌림(tailing) 현상을 일으킨다. 분리관상의 피크 확장이나 꼬리끌림은 액상 코팅량이 높거나 시료성분과 분리관의 튜빙 또는 고체지지체와의 상호작용에 의하여 일어난다.- 온도 프로그램은 등온 조건의 크로마토그램에서 후반부에 나타나는 피크들의 특징인 피크 넓어짐을 피하기 위한 기술이며 분석시간을 단축하는 장점도 있다.? 피크분리 (Peak Separation)- 우리는 관심있는 모든 피크에 대하여 적어도(1.5가 더 바람직)의 해상도를 원한다.- 때때로 간단히 되지 않으며 수학적 처리만이 유일한 해답일 수 있다. 겹쳐진 피크 사이의 골짜기로부터 기준선에 수직선을 그려 두 피크를 분리한다.? 피크 크기 (Peak Size)- 피크 크기가 전부는 아니며 우리는 흔들림이 없는 기준선 위에 큰 피크를 필요로 한다. 주안점은 깨끗함의 정도로서 검출기 자체와 기기로 들어가는 기체 흐름 모두의 청결이 중요하다.? 편평한 기준선 (Flat Baseline)- 흔들림이 없는 기준선의 요구와 관련되어 있다. 기준선 흔들림은 불연속적인 스파이킹이다. 기준선을 따라 일반적인 톱니형태로 또는 기준선이 움직이는 형태로 나타날 수 있다.? 피크 높이 (Peak Height)- 측정하기 가장 쉬운 것은 피크가 기준선으로부터 떨어진 최대량이다. 이 방법의 장점은 빠르고 손쉽다는 점이다. 그러나 이 방법은 많은 오차의 가능성을 내포하고 있다. 피크의 모양을 바꾸는 요소는 모두 문제를 일으킨다.- 주입기술에 있어서 실험자간의 오차는 피크의 퍼짐 정도에 변이를 초래하여 결과적으로 높이에 영향을 미치는데 심지어는 정확하게 같은 양의 시료가 주입되어도 그러하다. 분리관의 과부하는 비직선성을 유발한다. 유속과 온도의 조절도 매우 위험하다.? 피크 면적 (Peak Area)- 면적은 피크의 모양과 무관하다. 주입되는 물질의 양이 같은 한, 심지어 분리관이 과부하 되어도 같은 숫자가 얻어질 것이다.3. 실험 준비? GC분석기기? 염화트리페닐메틸(), 메탄올(), 벤젠,피리딘? 초시계, 합성교반기, 온도계, 가열기4. 실험 방법[합성]① 염화트리페닐메틸(트리틸), 메탄올, 벤젠, 피리딘을 취해 섞는다.② 용액을 교반기에 넣고, 교반기의 온도를 35℃로 설정한다.③ S/W를 켜서 합성을 하고, 30분마다 혼합용액 소량을 채취한다.④ 냉장보관 일주일 후, 농도변화를 GC분석기를 사용하여 정량 분석한다.[GC 분석]① 시료온도(초기)에 맞춰 초기시간을 2분으로 조절한다.②보다정도 낮게 최종온도를로 설정한다.③ 주입구(시료주입부분) 설정을 한다. 이 때, 시료는, 온도는 boiling point 보다 높게로, 유량은로 분할비는 10:1로 설정한다.④ 검출기 온도를로 설정하면 자동점화 S/W ON이 들어온다.⑤ 준비상태에 불이 들어오면 시료를 주입한다.⑥ 이 때, 시료를 두 번 정도 넣었다 빼며 헹군다.⑦ 주입 후 빠르게 start버튼을 누른다.5. 실험 결과? 실험 data시간(분)0306090120농도(ppm)13938.59824959885668489? 초기농도 : 0.05mol로 가정함몰농도를 ppm으로 바꾼다.? 속도상수 구하기? 다음페이지에 있는 속도자료해석(반응공학 pp.306~307)법을 이용하여 속도상수 를 구할 수 있다.1. 속도식(메탄올 농도는 트리페닐메틸의 10배)2. 몰수지식과 속도식 결합
암모니아 인도페놀법
