소개글
"서울대학교 일반화학실험2"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전기화학
1.1. 금속의 전기전도도와 화학전지
1.1.1. 금속의 이온화 경향성
1.1.2. 산화 환원 반응과 화학 전지
1.1.3. 다니엘 전지의 구조와 작동 원리
1.2. 전지의 전위차
1.2.1. 표준 전극 전위와 전지의 기전력
1.2.2. 넷른스트 방정식
1.3. 실험을 통한 전기화학 개념 학습
2. 분자 구조와 결합
2.1. N2, F2 분자의 결합 길이와 에너지
2.2. N2, F2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선
2.3. 두 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선 비교
3. 아스피린의 합성
3.1. 아스피린의 역사와 중요성
3.2. 아세틸살리실산의 합성
3.2.1. 산 촉매 에스테르화 반응
3.2.2. 재결정을 통한 정제
3.3. 실험 결과 및 고찰
3.3.1. 수득률 저하 원인 및 해결 방안
3.4. 아스피린의 약리학적 작용기전
4. 참고 문헌
본문내용
1. 전기화학
1.1. 금속의 전기전도도와 화학전지
1.1.1. 금속의 이온화 경향성
금속의 이온화 경향성이란, 일반적으로 금속 원소가 양이온이 되어 용액 속으로 들어가려고 하는 경향을 말한다. 전자를 잃는 것이기 때문에 일종의 산화이며, 이에 이온화 경향이 큰 금속은 산화되기 쉬운 금속이라고 할 수 있다.
주요 원소들의 이온화 경향성을 보면 다음과 같다: K > Ca > Na > Mg > Al> Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Au. 어떤 금속을 그보다 이온화 경향이 작은 금속의 양이온이 포함된 수용액에 담그면 이온의 치환 반응이 일어난다. 또한 일반적으로, 수소보다 이온화 경향이 큰 대부분의 금속들은 산성 용액에 녹아 수소기체를 방출한다.
금속의 이온화 경향성은 금속 원소가 양이온이 되어 용액 속으로 들어가려고 하는 경향으로, 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화되기 쉽다. 이러한 이온화 경향성은 전자를 잃는 정도를 나타내며, 주요 원소들을 이온화 경향이 큰 순서대로 나열한 것이 해당 내용이다.
1.1.2. 산화 환원 반응과 화학 전지
산화 환원 반응과 화학 전지는 전기화학에서 매우 중요한 개념이다. 일반적으로 산화 반응과 환원 반응은 항상 동시에 일어나지만, 그 반응이 일어나는 장소가 분리되어 있는 경우 화학 에너지와 전기 에너지가 상호 변환될 수 있다. 이러한 장치를 화학 전지라고 한다.
화학 전지는 서로 다른 금속 전극을 전해질 용액에 담그고 두 전극을 도선으로 연결한 형태로 이루어져 있다. 금속이 전해질 용액 중에서 양이온으로 산화되면서 전자를 내어놓고, 다른 금속 전극에서는 전해질 용액 중의 다른 화학종이 환원되어 전자를 받아들인다. 이렇게 생성된 전자의 흐름이 외부 회로를 통해 전기 에너지를 발생시킨다.
대표적인 화학 전지로는 볼타 전지와 다니엘 전지가 있다. 다니엘 전지는 산화 전극과 환원 전극을 각각 별개의 전해질에 담그고 염다리로 전해질을 연결한 구조이다. 이를 통해 산화 환원 반응이 분리된 장소에서 일어나게 하여 전자의 이동을 유도할 수 있다. 산화 전극의 전해질에는 양이온이 과잉 존재하고 환원 전극의 전해질에는 음이온이 과잉 존재하는데, 염다리를 통해 이온의 이동이 가능하여 전지 내의 전하 균형을 유지할 수 있다.
전지의 전위차는 표준 환원 전위의 차이로 계산될 수 있다. 표준 상태(25°C, 1atm, 1M)에서의 표준 환원 전극 전위는 전극 반쪽 반응의 자발성을 나타내는 척도이며, 이를 이용하면 전지의 기전력을 계산할 수 있다. 또한 네른스트 방정식을 이용하면 실제 조건에서의 전지 전위차를 구할 수 있다. 이 방정식은 전극 전위가 반응물과 생성물의 농도에 따라 변화한다는 것을 나타낸다.
이처럼 산화 환원 반응과 화학 전지는 전기화학의 핵심 개념으로, 전자의 이동과 화학 에너지의 전기 에너지로의 변환 과정을 잘 설명해준다. 실험을 통해 이러한 개념을 직접 확인하고 이해할 수 있다.
1.1.3. 다니엘 전지의 구조와 작동 원리
다니엘 전지의 구조와 작동 원리는 다음과 같다.
다니엘 전지는 산화 전극과 환원 전극을 각각 별개의 전해질에 담그고 염다리로 전해질을 연결한 구조로 이루어져 있다. 즉, 두 개의 전극을 물리적으로 분리시키고 이동 전자를 외부로 끌어내어 산화·환원 반응이 다른 용액에서 일어나게 하는 것이다. 산화 전극의 전해질에서는 양이온이 과잉 존재하고, 환원 전극의 전해질에서는 그 반대이다. 이 때 염다리는 이온의 이동 통로로, 이러한 이온의 불균형을 해소해 준다.
이번 실험에서는 염화칼륨을 굳혀 만든 염다리를 사용하였는데, 반고체 상태이므로 이온들이 이동하여 회로에 전류가 흐를 수 있게 하는 역할을 하였다. 산화 전극에서는 Zn2+ 이온이 염다리로 들어가면서 염다리의 음이온이 나오게 되며, 환원 전극에서는 SO42- 이온이 염다리로 들어가면서 염다리에 들어 있는 양이온이 나오게 된다. 이 때, 염다리 내에서 이온의 이동 속도는 매우 느리기 때문에 산화 전극에서 염다리로 들어간 Zn2+ 이온이 환원 전극으로 가서 나오는 것은 현실적으로 불가능하다고 볼 수 있다.
다니엘 전지는 비교적 장시간에 걸쳐 사용할 수 있고 전압의 변화나 다른 기체의 발생이 없어 전신용 전원으로 많이 이용되었지만 현재는 몇 가지 단점이 있어 잘 사용되지 않는다.
1.2. 전지의 전위차
1.2.1. 표준 전극 전위와 전지의 기전력
열역학적 표준 상태(25℃, 1atm, 1M) 조건에서의 전극 전위를 표준 전극 전위라고 한다. 환원 반응에 대한 표준 전극 전위를 표준 환원 전위라고 하며, 전지의 표준 상태의 기전력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
TRIANGLE E ^{DEG } =환원 반쪽 전극의 표준 ...
참고 자료
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