소개글
"이온세기효과 예비"에 대한 내용입니다.
목차
1. 이온 세기 효과
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.2.1. 배경
1.2.2. Debye-Hückel 이론
1.2.3. 평형상수 결정
1.2.4. 용해도
1.2.5. 활동도
1.3. 실험 방법
1.4. 시약 조사
1.4.1. 아세트산 은
1.4.2. 질산나트륨
1.4.3. 질산
1.4.4. 싸이오사이안산칼륨
1.4.5. 철백반용액
2. 인산의 적정과 완충 용액
2.1. 실험 목적
2.2. 바탕 이론
2.2.1. 다양성자 산
2.2.2. 완충 용액
2.2.3. 적정곡선
2.2.4. 분율 조성식
2.3. 실험 기기 및 시약
2.4. 실험 방법
3. 참고 문헌
본문내용
1. 이온 세기 효과
1.1. 실험 목적
실험 목적은 활동도로 표현된 열역학적 평형상수를 고려해 용액의 이온 세기가 달라짐에 따라 이온의 활동도 계수가 변하는 것을 확인하는 것이다. 평형상수는 이온 세기에 따른 용해도 자료를 농도가 0일 때로 외삽하여 구하며, 이 평형상수와 측정된 용해도로부터 이온 세기에 따른 활동도계수를 구하는 것이 목적이다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 배경
과량의 아세트산은(CH3COOAg)이 수용액 상에서 평형 상태로 존재할 때 다음과 같이 쓸 수 있다. CH3COOAg를 AgAc로 간략히 나타내면, AgAc(s) ↔ Ag+(aq) + Ac-(aq) AgAc는 용액 내에서 Ag+ 및 Ac- 이온들로 주로 존재한다. 하지만 분해되지 않은 AgAc(aq)가 미량 수용액 상에 존재할 수 있으며, 기타 AgAc2- 혹은 AgAc2+ 둥의 이온들도 극미량 존재하는 것으로 알려져 있다. 이 실험에서는 용액 내에 Ag+, Ac- 이온들 뿐만 아니라 분해되지 않고 남아 있는 AgAc(aq)까지를 고려하고, AgAc2- 혹은 AgAc2+ 등의 보다 복잡한 이온들은 무시하고자 한다.
1.2.2. Debye-Hückel 이론
Debye-Hückel 이론은 용액 내에 존재하는 이온들 사이의 전기적 상호작용을 고려하여 이온 활동도 계수와 이온 세기의 관계를 설명하는 이론이다.
Debye-Hückel 이론에 따르면, 이온 세기 I는 용액 내에 존재하는 모든 이온들의 농도와 전하량의 제곱을 고려하여 다음과 같이 정의된다:
I = (1/2) ∑ ci zi^2
여기서 ci는 i번째 이온의 농도, zi는 i번째 이온의 전하수이다.
Debye-Hückel은 이온 사이의 전기적 상호작용을 고려하여 이온 활동도 계수 γ를 다음과 같이 표현하였다:
log γ = -A z^2 √I / (1 + B a √I)
여기서 A와 B는 용매의 특성을 나타내는 상수이고, a는 이온의 크기를 나타내는 상수이다.
Debye-Hückel 이론은 이온 세기가 매우 낮은 경우(I < 0.01 M)에 잘 부합하지만, 실제 용액의 경우 이온 세기가 높은 경우가 많아 이를 보완하기 위해 확장된 Debye-Hückel 이론이 개발되었다. 확장된 Debye-Hückel 이론에서는 이온 크기 효과를 추가적으로 고려하여 다음과 같은 식을 제안하였다:
log γ = -A z^2 √I / (1 + B a √I) + bI
여기서 b는 이온 크기를 고려한 추가적인 상수이다.
이와 같은 Debye-Hückel 이론과 확장된 Debye-Hückel 이론은 용액 내 이온들의 전기적 상호작용을 설명하고 이온 활동도 계수를 예측하는데 널리 활용되고 있다.
1.2.3. 평형상수 결정
이온들의 전하수 z가 1인 경우 다음과 같이 쓸 수 있다.
로 쓸 수 있다. 따라서 logC대 그래프를 그리면 선형 비례를 확인할 수 있으며 비례 관계를 외삽하여 구한 절편으로부터 평형상수 K를 구할 수 있다. 또한 평형상수 K와 측정한 C를 이용해 평균 활동도계수를 구할 수 있다.
이온 세기가 아주 작은 경우가 아니면 Debye-Hückel 극한 이론에 의해 계산된 활동도 계수는 부정확하다. 실제 활동도 계수는 감소하다 이온세기가 증가함에 따라 다시 증가하지만 극한 이론은 계속해서 감소한다. 따라서 확장된 Debye-Hückel 이론을 이용하면 더욱 정확한 계산이 가능하다.
1.2.4. 용해도
용해도는 용질이 용매에 녹아 용액을 형성할 때 용질의 특성을 나타낸 것이다. 물질이 주어진 온도에서 정해진 부피의 용매에 용해되어 평형을 이룰 수 있는 최대 양으로 정의된다. 용해도는 용질의 특성과 온도, 압력에 의존한다.
대부분의 경우 온도가 높아질수록 고체의 용해도는 증가하고 기체의 용해도는 감소한다. 용해도를 표시할 때는 용질, 용매의 종류, 측정한 온도를 같이 표시해야 한다. 온도에 따른 용해도 변화를 나타낸 그래프를 용해도 곡선이라 한다. 기체의 용해도는 압력에도 영향을 받는데, 낮은 압력에서 용매에 대한 용해도가 크지 않은 기체는 그 기체의 용해도가 부분 압력에 비례하는데...
참고 자료
안전보건공단 화학물질정보 MSDS (https://msds.kosha.or.kr/kcic/msdssearchMsds.do)
대한화학회, 물리화학실험, 청문각, pp. 92~95
https://www.sigmaaldrich.com/korea.html
화학백과 : 평형상수 (https://terms.naver.com/평형상수)
화학백과 : 활동도 (https://terms.naver.com/활동도)
화학대사전 : 활동도 계수 (https://terms.naver.com/활동도 계수)
화학백과 : 용해도 (https://terms.naver.com/용해도)
물리화학실험(대한화학회) p92 ~ 95
위키피디아 “용해도”
위키피디아 “이온세기”
위키피디아 “활동도”
위키피디아 “ferric alum”, “KSCN”, “NaNO3”, “”HNO3”, “CH3COOAg”
네이버 지식백과 두산백과 - ‘다양성자 산’ / ‘pH 미터’
네이버 지식백과 화학백과 - ‘양성자 산과 비양성자 산’ / ‘공통 이온 효과’ / ‘완충 용액’ / ‘pH 측정기’
네이버 지식백과 생화학백과 ‘적정곡선’
네이버 지식백과 도금기술 용어사전 ‘피펫’
사이언스올 과학백과사전 ‘분율’
안전보건공단 화학물질정보 MSDS 검색 ‘수산화나트륨’ / ‘인산’
2023년 2학년 1학기 실험노트 18p~20p
William L. Masterton 일반화학 8th edition 434p~439p, 400p~401p
