소개글
"재결정 예비레포트"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 바탕 이론
2.1. 용해
2.2. 용해도
2.3. 용해도 곡선
2.4. 포화/불포화/과포화용액
2.5. 용해도곱
2.6. 용해도에 영향을 주는 요인
2.7. 재결정
2.8. 분별결정
2.9. 수득률
3. 실험 기기 및 시약
3.1. 염화나트륨
3.2. 붕산
3.3. 뷰흐너 깔때기
3.4. 여과지
3.5. 감압 플라스크
3.6. 진공 펌프
4. 실험 방법
4.1. 장치 설치
4.2. 용액 준비
4.3. 분별결정
4.4. 재결정
4.5. 결정화
5. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
고체를 얻는 재결정 방법을 알아보고, 용해도 차와 온도 차를 이용하여 순도가 높은 물질을 얻는다.
재결정이란, 결정을 용융시켜 결정구조를 완전히 분열시킨 후 다시 새로운 결정을 형성함으로써 순도를 높이는 방법이다. 온도 변화에 따른 용해도 차이가 크거나, 결정수를 많이 함유하는 물질의 경우 이러한 재결정 방법을 통해 높은 순도의 물질을 얻을 수 있다. 또한 두 가지 이상의 용질이 섞여있는 경우에는 용해도 차이를 이용한 분별결정 방법으로 순도 높은 각각의 물질을 분리할 수 있다.
이번 실험에서는 염화나트륨과 붕산을 대상으로 재결정과 분별결정을 수행하여 용해도 차이에 따른 결정화 과정을 관찰하고, 최종 산물의 수득률과 순도를 확인할 것이다.
2. 바탕 이론
2.1. 용해
용해란, 용질이 용매(액체)에 녹는 현상이다. 용질은 고체, 액체, 기체 모두가 될 수 있다. 고체의 경우 용해가 되려면 결정화된 구조가 원자나 이온의 형태로 쪼개져야 액체에 녹아들 수 있다. 액체나 기체의 경우에는 용매에 대해서 비공유분자간 상호작용을 할 수 있어야한다. 용해는 화학적으로 안정하게 섞이는 과정이므로 흙탕물과 같은 혼합물과는 다르게 용매의 어느 부분에서든 동일한 농도의 분포를 갖는다.
2.2. 용해도
용해도는 일정한 온도에서 용매가 용질을 최대로 녹일 수 있는 양을 말한다. 용해도는 온도, 압력, 용질과 용매의 성질에 따라 달라진다. 고체와 액체의 경우 온도가 증가할수록 용해도가 증가하는 경향을 보인다. 이는 온도가 높아질수록 용질의 분자운동이 활발해져 용매와의 접촉 기회가 늘어나기 때문이다. 반면 기체의 경우 온도가 증가할수록 용해도가 감소하는데, 이는 기체 분자의 운동에너지가 증가하여 용매로부터 벗어나려는 경향이 커지기 때문이다. 압력의 경우 고체와 액체의 용해도는 거의 변화가 없지만 기체의 용해도는 압력이 증가할수록 커진다. 이는 Henry's law에 따라 기체의 부분압력이 증가하여 용해도가 증가하기 때문이다. 또한 용질과 용매의 성질이 유사할수록 용해도가 높아지는데, 이는 유사한 성질을 가진 물질끼리 서로 잘 섞이기 때문이다. 예를 들어 극성 물질은 극성 용매에 잘 녹고, 비극성 물질은 비극성 용매에 잘 녹는다. 이처럼 용해도는 다양한 요인에 따라 변화하는 중요한 개념이다.
2.3. 용해도 곡선
x축을 온도, y축을 용해도로 하여 온도에 따른 물질의 용해도 변화를 좌표평면에 그래프로 나타낸 것을 용해도 곡선이다. 그래프에서 용해도 곡선 위에 해당하는 지점이 각 온도에서의 용해도를 의미하므로, 용해도 곡선의 윗부분에 해당하는 경우 그 용액은 포화 용액이다. 반대로 용해도 곡선의 아랫부분에 해당하는 경우 그 용액은 불포화 용액이다. 이를 바탕으로 용해도 곡선을 이용하면 용액을 가열할 경우 얼마만큼의 용질을 더 용해시킬 수 있는지, 용액을 냉각할 경우 얼마만큼의 용질이 석출되는지를 계산할 수 있다.
2.4. 포화/불포화/과포화용액
포화용액이란, 일정온도에서 일정량의 용매에 용질이 최대로 녹아 더 이상은 녹을 수 없는 상태의 용액이다. 용해도는 온도에 민감하므로 포화용액을 언급할 때는 온도를 같이 언급해야 한다.
불포화용액이란, 일정온도에서 일정량의 용매에 용질이 최대로 녹을 수 있는 양보다 적은 양의 용질이 녹아있는 상태의 용액이다. 역시 온도와 함께 언급해야 한다.
과포화용액이란, 일정온도에서 일정량의 용매에 용질이 최대로 녹을 수 있는 양보다 많은 양의 용질이 녹아있는 상태의 용액이다. 과포화용액은 더 많은 양의 용질이 녹아 있는 상태이므로 외부의 충격이나 외란에 민감하게 반응한다. 또한 위의 용액들과 같이 온도와 함께 언급해야 한다.
따라서 포화용액, 불포화용액, 과포화용액은 온도에 따라 용해도가 달라지는 용액의 상태를 나타내는 개념이며, 이러한 용해도 차이를 이용하여 용질을 분리하고 순도를 높일 수 있다.
2.5. 용해도곱
용해도곱이란, 포화용액에서 염을 구성하는 양이온과 음이온의 농도 곱을 의미한다. 이온평형에서 일정온도 포화용액의 농도 및 이온화상수는 일정한 것으로 간주할 수 있으므로 용해도곱은 일정한 값을 보인다. 염화나트륨을 예로 들면 포...
참고 자료
2020 2학기 단위조작이론및실험2 실험노트, 7-9p
안전보건공단 화학물질정보 MSDS
Dabiel C.Harris, “분석 화학”, 자유아카데미, 15-16p (2012)
임굉 외1인, “화학 공학의 단위조작”, 내하출판사, 527-530p (2009)
이근우 외5인, “단위조작입문”, 지인당, 265-267p (2001)
광운대학교 화학공학과, ‘2018년 3학년 2학기 실험노트’, 2018년
조성일 외 1명, ‘일반화학실험’, 2003년, 81~84P
고완석 외 5명, ‘단위조작’, 1999년, 353~355P
Daniel C. Harris, ‘분석화학’, 자유아카데미, 2012년, 15~26P
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