본문내용
1. 서론
1.1. 분광광도법을 이용한 평형상수 측정
화학종 P와 X가 반응하여 PX를 형성하는 P + X ↔ PX 에서 활동도 계수를 무시하면 K= {[PX]} over {[X]}이다. 일정량의 P에 X를 증가시킨 일련의 용액을 첨가했다고 가정하고 P의 전체농도(P 또는 PX형)를 P0라고 하면 [P] = P0 -[PX]이다. 따라서 평형식은 {[PX]} over {[X]} =K[P]=K(P0-[PX])과 같이 재배열 할 수 있다. [PX]/[X] 대 [PX]의 그래프는 기울기가 -K인 직선이며, 이것을 나타낸 그래프를 Scatchard equation이라고 한다. P, PX는 파장 λ에서 약간의 흡광도를 내지만, 이 파장에서 X는 흡광도를 나타내지 않는다고 가정한다. 그리고 셀은 1.00cm로 측정한다고 가정하면 계산 과정 중 Beer의 법칙을 나타낼 때 b(=1.00cm)를 생략 가능하다.
이번 실험의 반응식은 I2와 I2-피리딘은 복사선(가시광선)을 흡수하지만, 피리딘은 무색이므로 빛을 투과시킨다. 아이오딘의 농도를 일정하게 유지하면서 피리딘의 농도를 여러 가지로 변화시킬 때 나타나는 스펙트럼의 변화를 분석하면 위 반응의 평형상수 K를 계산할 수 있다.
최대흡광도 보정값(420nm부근) DELTA A(A-A0) 계산 결과, A: 0, B: 0.139596, C: 0.235446, D: 0.344376, E: 0.384703, F: 0.489870이 도출되었다. 이를 이용하여 {DELTA A} over {[X0]} (M-1) 값을 구한 결과, A: 0, B: 63, C: 55, D: 40, E: 35, F: 22로 나타났다. Scatchard equation: {DELTA A} over {DELTA epsilon } =-K DELTA A+K DELTA epsilon P0에 대입하여 y=ax+b 추세선을 도출한 결과, 기울기 a=-119.75, 즉 K=119.75, 절편 b=81.177, 즉 DELTA epsilon=1.38×103 M-1cm-1가 구해졌다.
이후 [X]를 이용하여 {DELTA A} over {[X]}에 대한 DELTA A 그래프를 그려 새로운 K와 DELTA epsilon을 도출하였다. 그 결과 K=129.01, DELTA epsilon=1.35×103 M-1cm-1로 나타났다. 또한 520nm에서의 K=113.57, DELTA epsilon=7.86×102 M-1cm-1로 확인되었다. 이러한 방식으로 분광광도법을 이용하여 I2와 피리딘 사이의 평형상수를 실험적으로 측정하고 분석할 수 있었다.
1.2. 실험의 목적과 필요성
이번 실험의 목적은 Scatchard 방정식을 이용하여 사이클로헥산 용매 내에서 요오드와 피리딘 사이의 착물 생성에 대한 평형상수를 구하는 것이다. 요오드(I2)의 농도를 일정하게 유지하면서 피리딘의 농도를 변화시킬 때 나타나는 스펙트럼의 변화를 분석하면 이번 실험의 평형상수 K를 계산할 수 있다. 이를 통해 분광광도법을 이용한 평형상수 측정의 원리와 방법을 이해할 수 있으며, 실험 데이터 분석을 통해 실험 결과의 신뢰성과 정확성을 평가할 수 있다. 또한 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차 요인을 분석하고 개선 방안을 모색함으로써 향후 유사한 실험을 진행할 때 실험의 질적 향상을 도모할 수 있다. 이러한 과정을 통해 분광광도법을 활용한 평형상수 측정의 의의와 유용성을 이해할 수 있을 것이다.
2. 이론적 배경
2.1. 평형상수의 정의와 특성
평형상수는 화학 반응에서 반응물과 생성물의 농도비로 정의된다. 화학종 P와 X가 반응하여 PX를 생성하는 경우, 평형상수 K는 {[PX]} over {[P][X]}로 나타낼 수 있다. 일정량의 P에 X를 여러 양으로 가한 경우, P의 전체 농도를 P0라 하면 [P] = P0 - [PX]가 된다. 따라서 평형상수 식은 {[PX]} over {[X]} = K[P0 - [PX]]와 같이 정리할 수 있다. 이 식에서 [PX]/[X]와 [PX]의 그래프는 기울기가 -K인 직선이 되며, 이를 Scatchard 방정식이라고 한다. 평형상수 K는 반응 온도와 압력 등 반응 조건에 따라 달라지며, 반응이 진행됨에 따라 평형에 도달할 때까지 변화한다. 또한 평형상수 K는 반응의 자발성을 나타내는 척도가 되며, 반응이 자발적으로 진행될수록 K값이 크다. 이처럼 평형상수는 화학 반응의 정도와 방향성을 정량적으로 나타내는 중요한 개념이다.
2.2. Scatchard 방정식을 이용한 평형상수 도출
화학종 P와 X가 반응하여 PX를 형성하는 P + X ↔ PX에서 활동도 계수를 무시하면, 평형상수 K는 다음과 같이 표현할 수 있다. K = {[PX]} / {[P]} {[X]}이다. 일정량의 P에 X를 증가시킨 일련의 용액을 첨가했다고 가정하고 P의 전체농도를 P0라고 하면 [P] = P0 - [PX]이다. 따라서 평형식은 {[PX]} / {[X]} = K[P] = K(P0 - [PX])와 같이 나타낼 수 있다. {[PX]} / {[X]} 대 [PX]의 그래프는 기울기가 -K인 직선이며, 이를 Scatchard equation이라고 한다. P, PX는 파장 λ에서 약간의 흡...
