소개글
"화학실험 아주대"에 대한 내용입니다.
목차
1. 화학발광 실험
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 원리
1.3. 실험 관찰
1.4. 실험 고찰
2. 화학적 산소요구량 측정
2.1. 개요
2.2. 사용 물질 및 방법
2.3. 실험 방법
2.4. 결과
2.5. 토의
3. 아보가드로 수 결정
3.1. 실험 목적
3.2. 실험 원리
3.3. 실험 절차
3.4. 실험 관찰
3.5. 고찰
4. 참고 문헌
본문내용
1. 화학발광 실험
1.1. 실험 목적
화학 실험을 통해 화학 반응에서 나오는 에너지가 열 대신 빛으로 방출되는 화학발광에 대해 알아보고자 한다. Cyalume과 루미놀을 이용해 화학 발광을 관찰하며, 화학적 산소요구량 측정을 통해 수중의 유기물 농도를 정량화하고자 한다. 또한 팔미트산의 단분자막 형성 실험을 통해 아보가드로 수를 결정해 보고자 한다.
화학발광은 화학반응의 결과로 물질이 흡수한 에너지를 빛으로 방출하는 현상이다. 전자가 들뜬 상태에서 바닥상태로 전이되면서 빛 광자를 방출하게 된다. Cyalume는 과산화 수소와 반응하여 에너지를 내고 루미놀은 자체가 형광체로 작용한다. 온도가 높아지면 반응속도가 증가하여 발광 세기가 강해지며, 온도가 낮아지면 발광 세기가 약해진다.
화학적 산소요구량(COD)은 물의 오염 정도를 나타내는 지표로, 강력한 산화제인 과망간산칼륨을 이용하여 유기물을 산화시켜 소비된 산화제의 양을 통해 오염 정도를 측정한다. 과망간산칼륨은 전자를 받아 환원되어 망간이온으로 전환되며, 남은 과망간산칼륨을 옥살산소듐으로 적정하여 소비된 양을 구한다. COD는 생물학적 산소요구량(BOD)에 비해 측정 시간이 짧고 생물학적으로 분해되지 않는 물질도 측정할 수 있어 널리 이용된다.
팔미트산은 물 표면과 만나 단분자막을 형성하는데, 이때 팔미트산의 탄소 사슬 부분이 물과 접촉을 피하고자 하는 비극성 특성과 카르복실기의 극성이 작용한다. 팔미트산 용액을 물 표면에 가하면 렌즈 모양으로 형성되는데, 이를 통해 단분자막의 면적을 구하고 팔미트산의 분자량과 질량을 이용하여 아보가드로 수를 계산할 수 있다. 실험 결과 2.64x10^23 의 아보가드로 수가 측정되었는데, 실제 6.022045×10^23과 차이가 나는 이유는 실험 오차로 인한 것으로 보인다. 표면장력 고려 미흡, 용액 가하 정량의 어려움 등이 오차 발생 요인이었을 것으로 추정된다.
이번 실험을 통해 화학발광의 원리, COD 측정법, 아보가드로 수 결정 방법 등 다양한 화학 실험 기법을 익힐 수 있었다. 특히 아보가드로 수 결정 실험에서는 거시적 성질과 미시적 성질을 동시에 파악하는 것의 중요성을 알게 되었다. 향후 이러한 실험 기법들이 실제 환경 관리, 생명 현상 연구 등에 응용되어 활용될 것으로 기대된다.
1.2. 실험 원리
화학발광은 화학 반응의 결과로 물질이 흡수한 에너지를 빛으로 방출하는 현상이다. 전자적으로 들뜬 상태의 물질이 바닥상태로 다시 되돌아올 때 에너지가 빛 광자로 방출된다. 발광에는 광발광, 전기 발광, 생물 발광 등이 있으며, 이 중 화학발광은 두 전자 상태 상태의 복사전이에 의해 발생한다. 형광은 단일항 들뜬 상태에서 바닥 상태로 전이되면서 빛이 방출되는 현상으로, 조사광보다 비교적 파장이 길고 수명이 짧으며 온도가 낮아질수록 발광 밝기가 증가한다. 반면 인광은 삼중항이 들뜬 상태에서 바닥상태로 전이되면서 빛이 방출되는 현상으로, 온도가 낮아지면 밝기가 감소한다. Jablonski 다이어그램은 분자 분광법에서 전자 상태와 그 사이 전이를 나타내는 다이어그램이다. 들뜬 상태는 기준 에너지상태 위로 에너지 준위가 상승한 상태이며, 바닥 상태는 가장 안정적인 상태이다. Cyalume는 과산화 수소와 반응하여 발광하는 화학 발광 물질이며, 루미놀도 화학 발광을 나타내는 물질이다. 르샤틀리에의 원리에 따르면 화학반응이 평형 상태에 있을 때 변화가 주어지면 안정된 상태로 간다. 즉, 화학 반응의 균형은 외부 변화에 따라 달라질 수 있다.
1.3. 실험 관찰
실험 시 NaOH는 조해성이 크므로 공기에 노출되는 시간을 최소화해야 한다. 빛이 오래 지속되지 않기 때문에 관찰을 위해 공간을 어둡게 하고 흰색 종이를 이용한다. 과산화수소 용액은 농도가 높고 강한 독성이 있어 신체에 접촉하지 않도록 주의해야 한다. 과산화수소 용액을 한 방울씩 넣으면 발광이 진행되는 것을 볼 수 있다. 과산화수소 용액은 프탈산 다이에틸과 잘 섞이지 않으므로 스포이트로 흡입과 배출을 반복하여 잘 섞어주어야 한다. 혼합물을 따뜻하게 하면 형광 밝기가 강해지고, 차갑게 하면 형광 밝기가 ...
참고 자료
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아보가드로 수, 위키피디아, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%84%EB%B3%B4%EA%B0%80%EB%93%9C%EB%A1%9C_%EC%88%98, (2022.03.06)
