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[서울대학교 화실 A+] 색소의 분리와 흡광 분석 결과보고서

화학실험 (***) 색소의 분리와 흡광 분석 결과보고서제출일: 2023.*.**(*)담당 교수님: *** 교수님담당 조교: *** 조교님****대학 ****학부 *** (202*-*****)[ Data & Resul..

리포트| 2024.03.11| 4페이지| 2,000원| 조회(792)

일반화학실험, 흡광도, 화학실험, 화학실험1, 흡광 스펙트럼, 검정 곡선, 색소 분리와 흡광 분석, 몰흡광 계수

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[서울대학교 화실 A+] 아이오딘 적정에 의한 비타민 C 분석 결과보고서 평가A+최고예요

화학실험 (***) 아이오딘 적정에 의한 비타민 C 분석 결과보고서제출일: 2023.*.**(*)담당 교수님: *** 교수님담당 조교: *** 조교님****대학 ****학부 *** (202*-*****)[ Data & Results ]실험1: 아스코브산 용액의 아이오딘 적정 – 결과 및 분석아스코브산 용액 20mL를 아이오딘 용액으로 적정한 결과는 다음과 같다:눈금실험 회차초기 눈금(mL)종말점에서의 눈금(mL)눈금의 차(mL)1회9.0723.1514.08아이오딘 용액은 부피 플라스크에 3.001g의 아이오딘화 칼륨(KI)과 0.150g의 아이오딘산 칼륨(KIO3), 그리고 3M 황산(H2SO4) 용액 10mL를 첨가한 후 이를 250mL까지 증류수로 채워서 제조하였다.아스코브산(C6H8O6) 용액은 부피 플라스크 속 0.100g의 아스코브산을 증류수로 녹이고, 증류수를 100mL까지 채워 제조하였다.지시약으로는 1 녹말 수용액을 사용해 주었다.KI의 분자량은 166.0028g/mol, KIO3의 분자량은 214.001g/mol이다. 아스코브산의 분자량은 176.12g/mol이다.이 실험에서는 비타민 C를 과량의 아이오딘화칼륨 존재 하에 표준물질 아이오딘산 칼륨으로 적정한다. 이 과정에서 아이오딘산 이온은 아이오딘화 이온을 산화시켜 아이오딘(I2)을 만들고, 이 아이오딘에 의해 비타민C(아스코브산)가 산화된다.I2는 무극성 분자성 화합물이기에 이 자체를 사용하여 I2 표준용액을 만들기는 어렵다. 이 물질이 물에 거의 용해되지 않기 때문이다. 따라서 아이오딘 용액을 만들기 위해 KI와 KIO3를 사용하는 것이다.아이오딘 용액과 아스코브산 용액의 반응을 나타낸 화학식은 다음과 같다:I2(aq) + C6H8O6(aq) → C6H6O6(aq) + 2I-(aq) + 2H+(aq)반응식을 보면 아스코브산이 산화되고 아이오딘이 환원된다는 것을 알 수 있다.이 때, 적정에서 사용하는 산화-환원 반응의 알짜 반응식은 다음과 같다:IO3- + 3C6H8O6 → 3C6H6O6 +분석 – 결과 및 분석1:10의 비율(음료수:증류수)로 희석한 비타민 C 음료 20mL를 아이오딘 용액으로 적정한 결과는 다음과 같다:눈금실험 회차초기 눈금(mL)종말점에서의 눈금(mL)눈금의 차(mL)1회23.1523.840.69위에서 언급한 바와 같이 이 실험 속 아이오딘 용액의 KIO3 농도는 이다. 적정에 의해 소비된 아이오딘 용액의 양이 0.69mL 이므로, 음료 속 비타민과 반응한 IO3-의 몰수는 0.00069 L = 0.0000019346…mol이다.(유효숫자 계산의 적용은 마지막에 하도록 함) IO3-과 비타민 C(아스코브산)는 1:3의 몰수비로 반응하므로, 희석된 음료 20mL에 든 비타민 C의 몰수는 그것의 3배인 0.0000058037…mol이다.비타민 C(아스코브산)의 알려진 분자량인 176.12g/mol을 이에 곱하면, 희석된 음료 20mL 안에 든 비타민 C의 양은 0.0000058037…mol 176.12g/mol = 0.0010221476… g이다. 원래의 음료수 20mL에는 0.010221476…g이 들어있고, 따라서 원래의 비타민 C 음료100mL에는 0.05110738…g = 51.10738…mg = 51.1mg의 비타민 C가 들어있다고 정량할 수 있다.실험3: 아스코브산의 열파괴 속도 – 결과 및 분석아스코브산 용액을 10mL씩 넣고 교반 자석을 넣어 준 유리 바이알을 열 교반기로 각각 시간을 달리해 교반해준 후 아이오딘 용액으로 적정한 결과는 다음과 같다:눈금끓인 시간(분)초기 눈금(mL)종말점에서의 눈금(mL)눈금의 차(mL)023.8430.716.87230.7137.656.9448.1214.996.87837.4544.296.841014.9921.586.591521.5828.106.52각각의 유리 바이알 속 아스코브산 용액을 적정하는 데 사용된 아이오딘 용액의 양으로부터 IO3-의 몰수와 아스코브산의 몰수 및 양(g)을 구해보자. 순서대로 0분, 2분, 4분, 8분, 10분, 15분 끓인 용액에 대한 계산이다.아이오딘 몰수는 0.055429…mmol=0.554mmol이고, 아스코브산 용액의 몰농도는 5.54mM이다.소모된 IO3-의 몰수는 0.0028037252…M×0.00652 L=0.0000182803…mol, 아스코브산의 몰수는 0.054840…mmol=0.0548mmol이고, 아스코브산 용액의 몰농도는 5.48mM이다.왼쪽의 그래프는 시간에 따른 아스코브산 용액의 농도를 그래프로 나타낸 것이다. 이를 보면 약 4분 이상 끓인 이후부터는 열에 의해 아스코브산이 파괴되면서 아이오딘 용액과 반응하는 아스코브산이 줄어들었다는 것을 알 수 있다. 또한, 이론적으로 아스코브산의 열파괴 반응은 1차 반응으로 알려져 있다. 그러나 이 그래프를 바탕으로 아스코브산의 열파괴 반응의 반응 차수를 결정할 만한 뚜렷한 경향은 관찰되지 않는다. 농도가 선형적으로 감소하는 경향은 확실히 아니라고 할 수 있어 0차 반응은 아니라고 추측 가능하나, 그 이외에 이 반응이 1차 반응이나 2차 반응에 해당하는지는 그래프만으로는 확언할 수 없다.[ Discussion ]실험1에서 구한 아스코브산의 분자량에 대한 오차율을 의 공식을 통해 구하면 약 4이다. 또한 실험2의 결과에 의하면 비타민 음료 속에 51.5mg의 비타민C가 있는 것으로 나왔으나 ‘델몬트 오렌지 100’이라는 주스의 라벨에 적혀진 바에 따르면, 이 비타민 C 음료에는 100mL당 7.5mg의 비타민 C가 들어있다고 한다. 이 결과의 오차율을 구하면 무려 587 정도이다.이러한 오차가 발생한 이유로는 일단 측정의 부정확성을 들 수 있다. 이 실험에서는 실험 기기의 한계, 관측 기기의 한계, 실험자가 측정값을 읽고 해석하는 경향 등이 결과를 도출할 때 큰 영향을 미친다. 미세한 양의 화학 물질을 측량하여 용액의 농도를 계산하거나, 지시약의 색 변화를 눈으로 관찰하여 당량점을 예측하는 과정이 포함되기에 그렇다.적정 과정에서 당량점과 종말점의 차이로 인해 발생하는 적정 오차를 일정 부분 해소할 수 있는 방법으로는 바탕 적정(Blank Titra을 개선한다면 더욱 정확한 실험을 수행할 수 있을 것이다.비타민 C 음료의 아스코브산 함량을 구하는 실험에서 오차가 크게 나타난 이유로는, 비타민 C 음료 속 아이오딘 용액 속 물질과 반응하는 것이 아스코브산 하나가 아니었으리라는 예상을 할 수 있다. 실험에서 사용한 음료는 순수하게 아스코브산만을 포함하는 게 아니라, 이 실험을 기준으로 생각했을 때 불순물로 고려될 만한 물질을 매우 많이 포함하기 때문이 실험이 다소 부정확했을 수 있다.[ Reference ]김희준, 일반화학실험, 자유 아카데미, 2010Atkins·Jones·Laverman, 화학의 원리 제7판, 자유아카데미, 2018[ Homework ]일상 생활 속에서 찾을 수 있는 산화 환원 반응을 2가지 찾아 원리와 함께 설명해주세요.산화 환원 반응은 우리의 몸 속에서 세포호흡을 통해 ATP를 생성하는 과정에서 일상적으로 일어난다. 세포호흡 중 산화적 인산화 과정에서, 전자 전달계에 NADH와 FADH2가 전자를 전달할 때 산화 환원 반응이 일어나기도 하고, TCA 회로에서 유기산을 산화시키는 과정에서 NAD+ 와 FAD가 환원되기도 한다. 이 때 후자의 상황에서는 NAD+가 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%96%91%EC%84%B1%EC%9E%90" o "양성자" 양성자(H+)의 형태로 반응물로부터 수소 원자 2개를 제거하게 된다. 이렇게 제거된 양성자는 그 주변의, 세포 속 용액으로 방출되고 환원제에 해당하는 RH2 의 유기물은 산화된다. 이 때 NAD+는 니코틴아마이드 고리로 하이드라이드(H-)가 전달되며 NADH로 환원된다. 이를 나타낸 화학 반응식은 다음과 같다:RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R이 때 하이드라이드 전자쌍으로부터 비롯된 전자 하나는 NAD+의 니코틴아마이드 고리에 존재하는, 양(+)으로 하전된 질소에게로 전달된다. 또한 두 번째 수소 원자는 이 질소의 반대편의 C4 위치에 해당하는 탄소 원자에게로 전달된다.산화 환가지지 않는 철을, 에너지 투입이나 복잡한 장비 없이 간단하게 이용할 수 있기 때문에 그 효용성이 매우 크다.연구에서 산화 환원 반응이 사용되는 예시를 찾아 그 원리를 설명해주세요.산화 환원 반응은 대표적으로 화학 전지를 연구하는 전기 화학 분야에서 활발하게 활용된다. 화학 전지란 화학 에너지를 기반으로 전기 에너지를 발생시키거나 그 반대의 과정을 일으키는 장치를 말한다.이 화학 전지의 가장 시초가 되는 것은 볼타 전지였는데, 이는 아연판과 구리판 사이에 묽은 황산에 적신 천을 끼운 전지였다. 이 전지의 산화 전극인 (-)극은 양이온이 되기 쉬운 아연판이었는데, 여기에서는 반응성이 큰 아연이 산화되는 반응이 일어났다. 이 화학 반응식은 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e− 로 표현 가능하다. 환원 전극인 (+)극에는 양이온이 되기 어려운 구리판이 있었고, 이 곳에서는 2H+(aq) + 2e− → H2(g) 와 같은 반응이 일어났다. 전체 반응식은 Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)와 같다. 이에 대해 설명을 덧붙이자면, 반응성이 높은 아연판이 산화되며 생긴 전자가 상대적으로 반응성이 낮은 구리판으로 이동하고, 전자를 잃은 아연판이 아연 이온(Zn2+)을 형성하게 되는 것이다. 이 때 구리판의 표면에서는 H+가 H2로 바뀌기 때문에 전해액의 평형 상태가 유지된다. 이러한 산화 환원 반응에 의해 기전력이 형성되고, 이 기전력이 전자를 움직이게 된다는 원리이다.그 이후에는 볼타 전지의 한계를 극복한 다니엘 전지가 등장하기도 했고, 볼타가 생각해 낸 이러한 산화 환원 반응의 활용을 기반으로 하여 더욱 강한 전류를 생성한다거나, 재충전이 가능한 전지 등에 대한 연구가 이루어져 있는 상태이다. 현대에는 신재생에너지 등 다양한 종류의 에너지원이 주목을 받음에 따라 더 많은 종류의 전지가 개발되고 있고, 전지의 성능과 안정성에 대한 연구 역시 지속적으로 이뤄지고 있다.[ Reference ]Belenk.P.·Bogan.KL.·05

자연과학| 2024.05.02| 5페이지| 2,000원| 조회(1,303)

일반화학실험, 화학실험, 서울대학교, 비타민 C, 산화 환원 적정, 화학실험1, 아..

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[서울대학교 화실 A+] 계산화학실습 결과보고서 평가A+최고예요

화학실험 (***) 계산화학실습 결과보고서제출일: 2023.*.**(*)담당 교수님: *** 교수님담당 조교: *** 조교님****대학 ****학부 *** (202*-*****)[ Data & Results ]H2와 He2 분자에 대한 결합 길이 및 결합 에너지 계산 결과Avogadro, Gamess, 그리고 wxMacmolplt 프로그램을 사용하여 계산한 결과는 다음과 같다:H원자 및 H2 분자He원자 및 He2 이합체원자 에너지(hartree)-0.4982329092-2.8551604262분자 에너지(total energy, hartree)-1.1268278253-5.7103208550결합 에너지(Bond Dissociation Energy, hartree)0.13036200690.0000000026결합 에너지(이론값)4.52eV(=0.166107hartree)10neV(결합 길이 계산값(Å)0.7299454.375576결합 길이 이론값(Å)0.74-H2와 He2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡면(PES) 그래프계산 모드를 ‘Equilibrium Geometry’가 아닌 ‘Single Point Energy’로 두고, 구조 최적화를 진행하지 않은 상태에서 결합 길이를 바꾸어가며 각각의 경우에 퍼텐셜 에너지를 구하였다.H2와 He2 분자의 MO 에너지 준위 그림 및 3차원 MO 모양왼쪽은 수소 분자, 오른쪽은 헬륨 이합체의 3차원 분자 오비탈 모양을 나타낸 것이다.각각 수소 분자(H2)와 헬륨 이합체(He2)의 Molecular Orbital Diagram을 그린 것이다.[ Discussion ]H2와 He2 분자에 대한 결합 길이 및 결합 에너지 계산 결과에 대한 분석실습을 통해 계산한 수소 분자의 결합 에너지 및 그 이론값, 그리고 의 공식을 활용하여 결합 에너지의 오차율을 구하면 오차율은 약 22 정도로 계산된다. 이러한 오차가 발생한 데에는 이원자 분자의 파동 함수를 완벽하게 풀어낼 수 없다는 사실, 그리고 Hartree-Fock method가 전자 간 상호고려하지 않고 근사적으로 계산한다는 사실 등이 영향을 미쳤다고 짐작해볼 수 있다. 또한 헬륨 이합체의 결합 에너지의 경우 실험값과 이론값 모두 0에 가까운데, 이를 통해 헬륨의 경우 이원자 분자를 형성하지 않음을 알 수 있다.수소 분자의 결합 길이에 대해서도 오차율을 구해보면 그 값은 약 1.3로, 실제의 값과 가깝게 측정되었다. 반면 헬륨 이합체의 결합 길이의 이론값은 존재하지 않는데, 이는 헬륨이 이합체를 형성하지 않기 때문이다. 이 때 실험에서는 결합 길이의 값이 측정되었는데, 이를 살펴보면 그 길이가 헬륨 원자의 반지름인 0.31Å 보다 월등히 크다는 것을 알 수 있다. 이는 헬륨이 이원자 분자를 형성하지 않는다는 사실과 들어맞는다.H2와 He2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡면(PES) 그래프에 대한 논의수소 분자의 PES를 보면 극솟값과 퍼텐셜 우물이 관찰된다. 결합 길이가 증가함에 따라 퍼텐셜 에너지가 계속 작아지다가 0.74 Å의 결합길이에서 최소가 되고, 그 이후에는 다시 증가하여 퍼텐셜 에너지가 0이 되는 축을 향해 다가간다. 반면 헬륨 분자의 PES에서는 그러한 개형이 관찰되지 않는다. 극솟값 없이 지속적으로 퍼텐셜 에너지가 감소하는 형태가 나타나는데, 이를 통해 두 개의 헬륨 원자는 결합을 형성하지 않는 것이 에너지 차원에서 가장 안정하다는 것을 알 수 있다.H2와 He2 분자의 MO 에너지 준위 그림 및 3차원 MO 모양에 대한 분석H2분자의 3차원 오비탈 모양을 보면 각각의 오비탈의 겹쳐짐으로 인한 전자의 공유 양상을 확인할 수 있다. 또한 MO diagram을 관찰하면 반결합 분자 오비탈에는 전자가 위치하지 않고 결합 분자 오비탈에만 전자가 위치하며, 이를 통해 결합 차수를 계산하면 1차 결합임을 결론내릴 수 있다. 이는 앞선 실습 및 분석에서 수소 분자가 단일 결합을 가지리라고 예상한 것과 일맥상통한다. 반편 헬륨 이합체의 3차원 오비탈 모양을 보면 두 오비탈의 겹침이 나타나기 힘든 것으로 보인다. 또한 MO diagram에서 결합 분자 오비탈 모두에 전자가 두 개씩 들어가기에 결합 차수를 계산해보면 0이 나온다. 이를 통해, 앞의 고찰에서도 언급했듯 두 원자가 결합을 형성하지 않는다고 할 수 있다.[ Conclusion ]수소의 경우 원자 상태로 있는 것보다 이원자 분자를 형성하는 것이 더 안정하며, 그 결합 차수는 1차이다. 헬륨의 경우 분자를 형성하지 않는 것이 더 안정하며 이는 결합 에너지, 결합 길이, 퍼텐셜 에너지 곡선, 3차원 분자 오비탈 구조, 그리고 MO diagram을 통해 도출한 결과와 모두 일맥상통한다.[ Assignment ]Hartree-Fock method의 한계에 대해 설명하여라.Hartree-Fock method는 전자 상관(electron correlation)을 무시한다는 한계를 지닌다. 전자 상관은 한 전자의 움직임이 다른 전자의 존재에 순간적으로 영향을 받는 정도를 말한다. 전자들은 서로 간의 반발력을 최소화하고자 서로를 피하는데, Hartree-Fock method에서는 각 전자들의 파동 함수가 독립적임을 가정하며 어떤 특정 전자에 미치는 반발력을 구하는 과정에서 나머지 전자들의 평균적인 위치 에너지를 사용한다. 이러한 이유로 Hartree-Fock method를 사용할 경우 계산 결과가 이론과는 다르게 도출되며, 실제 에너지에 비해 값이 더 크게 나타난다.“6-31G basis set"에서 6-31G의 각각의 의미가 무엇인지 설명하여라. 다른 basis set의 예시를 한 가지 더 들고, 같은 방식으로 설명하여라.기저 함수 집합(basis set)은 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B3%84%EC%82%B0%ED%99%94%ED%95%99" o "계산화학" 계산화학이나 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B4%EB%A1%A0%ED%99%94%ED%95%99" o "이론화학" 이론화학 분야에서 파동 함수를 표현하기 위해 사용하는 함수의 종류들을 말한다.asis set에서 6-31G가 의미하는 바는 다음과 같다: 내부 원자 껍질(1s 오비탈)의 전자궤도함수를 6개의 primitive function의 선형 결합으로 구현하고, 최외각 전자궤도함수를 inner와 outer부분으로 쪼개서, outer 최외각 기저 함수로 3개의 primitive function을 사용하며 inner 최외각 기저 함수로 한 개의 primitive function으로 표현한다는 것을 의미한다. 마지막으로 ‘G’는 primitive function의 종류가 ‘Gaussian’임을 의미한다. 같은 방법으로 3-21G basis set을 설명해볼 수 있다. 이는 내부 원자 껍질의 전자궤도함수는 3개, inner 최외각 전자궤도함수는 2개, 그리고 outer 최외각 전자궤도함수는 1개의 primitive function으로 표현됨을 뜻하며, 마지막의 G는 이 primitive function의 종류가 Gaussian임을 지칭한다.[ Reference ]GAMESS manual. https://www.msg.chem.iastate.edu/gamess/GAMESS_Manual/input.pdf (accessed 2023-04-27).Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.;Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J.A. General Atomic and Molecular Electronic Structure System. J. Comput. Chem. 1993, 14(11), 1347—1363.Gordon, M. S.; Schmidt, M. W. Advances in electronic structure theory: GAMESS a decade later. In Theory and Applications tational Chemistry, Elsevier, 2005; pp 1167—1189.Atkins, P. W.; Jones, L. Chemical Principles: The quest for insight; MacMillan, 2009.김희준; 일반화학실험, 자유 아카데미, 2010.Andersson M. P.; Uvdal P. New Scale Factors for Harmonic Vibrational Frequencies Using the B3LYP Density Functional Method with the Triple-ζ Basis Set 6-311, G(d,p). J. Phys. Chem. 2005, 109(12), 2937—2941. DOI: 10.1021/jp045733a[채점 기준]결과보고서의 채점 기준 및 각 부분의 학생의 점수는 다음과 같습니다. (각 부분의 만점은 10점입니다)(1) 결합 길이와 결합 에너지 및 그에 대한 분석: 10점(2) PES 그리기 및 그에 대한 분석: 10점(3) MO diagram 및 MO 그리기 및 그에 대한 분석: 10점(4) 과제 1: 10점(5) 과제 2: 4점과제는 모든 조교가 동일한 채점 기준을 사용하는데, 채점 기준이 조금 까다로워 만점을 받으신 분이 없습니다.제출해주신 과제 2번의 답변에서,- G의 의미 (+1)- split-valence basis set에 대한 설명 (+1)- 내부 껍질과 6에 대한 설명 (+1)- 외부 껍질과 3, 1에 대한 설명 (+1)이 포함되어 있어 4점이 부여되었습니다.- double-zeta basis set에 대한 설명 미비 (-1)- double-zeta basis set을 사용하는 이유나 내부 껍질에 더 많은 Gaussian을 이용하는 이유에 대한 설명 미비 (-2)에서 감점이 있었으며,다른 종류의 basis set의 예시를 들어 달라고 했지만, 6-31G와 같은 type의 3-21G (split-valence basis set)을 예시로 드셨기 때문에 감점이(-3)

자연과학| 2024.05.02| 4페이지| 2,000원| 조회(1,878)

일반화학실험, 화학실험, 서울대학교, Avogadro, 화학실험1, GAMESS, 결합 길이 및 결합 에너지

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[서울대학교 화실 A+] 아이오딘 적정에 의한 비타민 C 분석 예비보고서 평가A+최고예요

화학실험 (***) 아이오딘 적정에 의한 비타민 C 분석 예비보고서제출일: 2023.*.**(*)담당 교수님: *** 교수님담당 조교: *** 조교님****대학 ****학부 *** (202*-*****)[실험 제목] 아이오딘 적정에 의한 비타민 C 분석[실험 진행 날짜] 2023.*.**(*)[실험 목적] 이 실험에서는 아이오딘의 환원에 의한 아스코브산의 산화 반응을 활용한 산화-환원 적정을 통해 비타민C를 분석한다. 실험을 하며 생화학적 환원제의 역할을 하는 비타민 C에 대해 체험적으로 학습하며 이해하고, 열에 의해 비타민 C가 파괴되는 속도에 대한 실험도 하며 그 이해를 넓혀본다.[실험 배경 지식]적정 적정은 용액의 농도를 결정할 수 있는 화학 실험 방법이다. 적정 과정에서는 반응이 완결될 때까지 한 용액을 다른 용액에 조금씩 섞어 넣게 되는데, 보통은 뷰렛을 통해 플라스크 안으로 적정액을 떨어뜨리면서, 지시약에 의한 색변화가 일어날 때까지 들어간 용액의 부피를 구해서 계산을 하게 된다.산화-환원 적정 이 실험에서 활용하는 산화-환원 적정은 산화제인 표준용액을 이용하여 환원성을 가진 물질을 적정하거나 환원제인 표준용액을 이용하여 산화성을 가진 물질을 적정하는 방법이다.당량점과 종말점 당량점은 적정을 할 때 적정하는 물질과 적정 대상인 물질의 반응이 화학론적으로 완결되는 이론적인 지점이다. 종말점은 실제 실험을 할 때 실험하는 사람이 적정이 완료되었다고 판단하는 지점이다. 사람이 눈으로 관측하여 판단하기 떄문에, 종말점고 당량점은 차이가 있을 수 있다. 이 실험에서는 아스코브산이 모두 소모되어서 아이오딘이 녹말과 반응하기 시작하여서, 용액의 색이 푸른색으로 바뀐 채 유지되는 시점을 종말점이라고 할 수 있다.[실험 준비물 & 용액] 10mL 피펫, 50mL 뷰렛, 100mL 비커, 100mL 삼각 플라스크, 100mL 용량 플라스크, 250mL 용량 플라스크, 유리 바이알 6개, 스탠드, 클램프, 열교반기, KI(아이오딘화 칼륨), KIO3(아이오딘산 칼륨), 아스코브산(비타민 C, C6H8O6), 3M H2SO4(황산) 용액, 비타민 C 음료, 증류수, 마커펜1 녹말 수용액: 0.5그람의 수용성 녹말을 50mL의 증류수에 넣은 후, 열교반기를 사용하여 잘 녹여준다. 녹말 용액은 이 실험에서 지시약의 역할을 하게 된다.아이오딘 용액: 3그람 정도의 KI(아이오딘화 칼륨)와, 약 0.15그람의 KIO3(아이오딘산 칼륨)를 250mL 용량 플라스크에 넣어준 후, 이를 약간의 물로 녹여준다. 그 다음 플라스크에 3M H2SO4(황산) 용액 10mL 정도를 넣어주고, 남은 250mL까지를 증류수로 채워준 후 잘 섞어준다.아스코브산 용액: 0.1그람의 아스코브산을 증류수에 녹인 용액 100mL를 만들어준다.실험1: 아스코브산 용액의 아이오딘 적정[실험 과정]아스코브산 용액 20mL를 100mL 삼각 플라스크에 넣어준다.삼각 플라스크에 1 녹말 용액을 열 방울 가량 넣어준다.뷰렛의 내부를 아이오딘 용액으로 세척한 후 아이오딘 용액으로 채워 넣는다.뷰렛을 사용하여 아스코브산 용액이 든 플라스크에 아이오딘 용액을 떨어뜨려가며 적정을 수행한다. 플라스크 속 용액을 계속 저어주면서, 그 색이 푸른색으로 변한 상태가 20초간 유지되면 이를 종말점이라 판단하고 멈춘다.*적정 시작 전에 뷰렛 아래쪽의 공기 방울을 빼 주도록 한다. 기포가 부피의 오차로 작용하는 것을 방지하는 차원이다.*지시약의 색이 변화하는 것을 명확하게 관찰하기 위해서 삼각 플라스크 아래에 흰 휴지 등을 깔아주면 좋다.1~4의 과정을 한 번 더 반복하여 수행한다.실험2: 비타민 C 음료의 아스코브산 분석[실험 과정]증류수를 사용하여 비타민 C 음료를 1:10의 비율로 희석해준다.희석한 용액 20mL를 100mL 삼각 플라스크에 넣어준다.삼각 플라스크 속에 지시약인 녹말 용액을 넣어준 후 실험1에서 한 것과 같이 적정을 수행한다.실험3: 아스코브산의 열파괴 속도[실험 과정]열교반기의 전원을 켜 둔다.유리 바이알 6개에 아스코브산 용액을 10mL씩 넣어준 후, 마커펜을 사용하여 용액의 높이를 표시해준다.열교반기 위에 바이알 6개를 올린 후 용액이 끓기 시작하면 바이알 하나를 바로 꺼낸 후 차가운 물에 넣어서 식혀준다.그 이후 10분 간격으로 바이알 하나씩을 꺼내가며 같은 작업을 반복해준다.*바이알 속 용액의 부피를 대략 10mL로 유지하기 위해 따로 증류수를 끓여서 바이알 안에 넣어주어야 한다.각각의 바이알 속 아스코브산을 실험1에서 한 것처럼 적정해준다.[참고 문헌]김희준, 일반화학실험, 자유 아카데미, 2010Atkins·Jones·Laverman, 화학의 원리 제7판, 자유아카데미, 2018

자연과학| 2024.05.02| 2페이지| 1,000원| 조회(313)

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[서울대학교 A+] 생물학실험 보고서 - General Observation(세포 관찰 실험)

I.초록(Abstract)이번 모듈에서는 동물세포와 식물세포를 현미경으로 관찰하며 생물의 기본 단위를 이해하고, 두 가지 세포를 비교 분석해 보았다. 나아가 세포를 관찰한 결과를 막의 중요성에 대한 고찰로 확장하여 생물에 관한 이해를 심화하였다. 호밀 이삭의 수술로 프레파라트를 제작하여 세포가 분열하는 과정을 관찰하는 실험도 진행하였다. 이를 통해 세포의 생장과 생식에 대해 실험적으로 학습하였다. 마지막으로는 그람 염색법으로 여러 세균 샘플을 염색하고, 샘플들을 그람 양성균과 음성균으로 분류해보며 펩티도글리칸으로 구성된 세균의 세포벽에 대해 학습하였다. 뿐만 아니라 이를 항생제의 원리에 대한 이해로 연결지어 보기도 했다. 이 모듈을 통해 최초로 세포를 관찰하였던 17세기부터 최초의 항생제를 발견한 20세기까지의 생물학 연구를 되돌아보고 그 의미를 이해해 깨우칠 수 있었다.II. 서론(introduction)관찰은 과학 연구의 핵심 요소이다. 아르키메데스가 목욕탕에 들어갔을 때 흘러 넘치는 물을 관찰하고 “유레카!”를 외치며 부력의 원리를 떠올렸다는 일화나, 뉴턴이 떨어지는 사과를 관찰한 후 이에서 영감을 얻어 만유인력의 법칙을 정립했다는 일화 등은 과학 연구에서 관찰이 차지하는 중요성을 강조하는 수많은 예시 중 하나이다. 생물학 연구에서도 관찰은 필수적인 요소 중 하나인데, 가장 기본적인 관찰 방법으로는 현미경을 사용한 관찰이 있다.

자연과학| 2024.04.09| 8페이지| 3,000원| 조회(240)

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[서울대학교 A+] 화학실험 예비보고서 - 이산화탄소의 헨리상수

화학실험 (***)이산화탄소의 헨리 상수예비보고서제출일: 2023.03.**담당 교수님: *** 교수님담당 조교: *** 조교님****대학 ****학부*** (202*-*****)[실험 제목] 이산화 탄소의 헨리 상수[실험 진행 날짜] 2023.03.**(*)[실험 목적] 페놀프탈레인 지시약을 사용한 약산의 적정을 통해 NaOH 용액을 표준화하여 그 농도를 알아낸다. 이후 드라이아이스를 넣어 만든, 1기압의 이산화탄소 기체와 평형을 이루는 탄산수를 NaOH 수용액으로 적정하여 탄산수에 녹아 있는 탄산의 양을 구하고, 이를 통해 이산화탄소의 헨리 상수를 계산한다. 이 과정에서 실험에 활용되는 각종 화학적 원리와 이론을 학습한다.[이론적 배경]페놀프탈레인 용액은 일반적으로 에탄올에 페놀프탈레인을 녹여서 만드는 것으로, 산과 염기를 판별하는 지시약으로 이용된다. 이 지시약은 pH 0~8.3 정도의 용액에서는 무색이며, pH 8.3 이상의 염기성 용액에서는 분홍색을 띤다.적정은 용액의 농도를 결정할 수 있는 실험 방법이다. 적정에서는 반응이 완결될 때까지 한 용액을 다른 용액에 조금씩 섞어 넣는데, 뷰렛을 통해 플라스크로 들어간 적정액의 부피를 구해 사용하게 된다.산 염기 적정은 농도를 이미 알고 있는 산 또는 염기성의 표준용액을 사용하여 농도를 모르는 염기 또는 산을 중화함으로써 분석 대상 용액의 농도를 결정하는 실험 방법이다.헨리의 법칙(Henry’s Law) 기체와 액체를 함께 용기 안에 넣으면, 기체의 압력이 증가함에 따라 기체 분자가 액체에 부딪히는 속도가 증가하여 기체의 용해도가 증가한다. 다시 말해 용해된 기체가 용해되지 않은 기체와 동적 평형을 이룰 때의 몰농도가 증가하는 것이다. 이 때 헨리의 법칙은 일정한 온도에서 일정 부피의 액체 용매에 녹는 기체의 질량, 즉 그 기체의 용해도는 용매와 평형을 이루고 있는 해당 기체의 부분압력에 비례한다는 법칙이다. 식으로 나타내면 다음과 같다:이 때 C는 몰농도(mol/L 단위로 나타낸 기체의 용해도), P는 기체의 부분 압력, kH는 헨리 상수(Henry’s Constant)이다. 헨리 상수는 기체, 용매, 그리고 온도에 의존한다. 예를 들어, 20의 물에서 이산화 탄소 기체의 헨리 상수는 2.310-2 로 알려져 있다. 이 식을 로 나타내기도 하는데, 이 때의 kH 는 앞에서의 kH 의 역수에 해당한다. 또한 이 법칙은 기체의 용해도와 압력이 크지 않을 때 성립한다.NaOH의 조해성과 표준화 NaOH는 흡습성이 매우 커서, 공기 중의 수분을 흡수하여 용해되는 성질인 조해성을 가진다. 이런 특징에 의해, NaOH는 그 질량을 측정하기 위해 공기 중에 내놓는 순간부터 물을 흡수하기 시작하기 때문에 정확한 질량 측정 및 정확한 농도의 수용액 제조가 어렵다. 따라서 NaOH로 제조한 용액의 정확한 농도를 계산하기 위해 수행하는 것이 바로 표준화이다. 이 때 사용하는 KHP는 일차 표준 물질로써, 화학적 변질이 잘 일어나지 않는다. 이는 NaOH와는 다르게 질량이 거의 일정하게 유지되고, 몰 질량이 상당히 커서 특정 농도의 수용액을 제조했을 때 그 농도의 오차가 매우 적게 나타난다.[실험 준비물] 농도가 주어진 KHP(C8H5KO4) 수용액, 표준화 대상인 NaOH 수용액, 페놀프탈레인 지시약, 증류수, 드라이아이스, 망치, 목장갑, 30mL 유리 바이알 여러 개, 50mL 삼각 플라스크 여러 개, 뷰렛, 스탠드, 클램프, 깔때기, 비커(폐액통), 5.0mL 홀피펫, 피펫 필러, 스포이드, 파라필름, 교반기, 교반 자석, 핀셋, 온도계실험 1: NaOH의 표준화와 약산의 적정[실험 과정]홀피펫과 피펫 필러를 이용하여 KHP 수용액 5mL를 50mL 삼각 플라스크에 옮겨 담아준다.뷰렛의 콕이 잠긴 것을 확인하고, 비커를 아래에 대준다. 그 다음 깔때기를 이용하여 NaOH 수용액을 뷰렛에 넣고 비커로 흘려보냄으로써 뷰렛 내부를 세척한다. 이러한 세척 과정을 1~2번 반복한다.NaOH 수용액을 뷰렛에 넣어준 후 뷰렛의 눈금을 확인하여 기록해준다.*뷰렛의 눈금을 확인하기 전에, 뷰렛 아래쪽의 공기 방울을 빼 주어야 한다. 기포만큼의 부피가 오차로 작용할 수 있기 때문이다.*측정 오차를 최소화하기 위해 최소 눈금(이 실험의 뷰렛에서는 0.1)의 1/10에 해당하는 숫자까지 측정자의 임의로 결정해서 읽어주어야 한다.5mL의 KHP 수용액이 든 삼각 플라스크 안에 교반 자석을 넣고, 스포이드를 사용하여 페놀프탈레인 지시약을 1~2방울 넣어준다.*스포이드의 오염을 방지하기 위해, 스포이드를 기울이거나 스포이드의 고무를 너무 빠르게 놓지 않도록 주의한다.교반기를 뷰렛 아래에 두고, 그 위에 삼각플라스크를 놓는다.*지시약의 색이 변화하는 현상을 명확하게 관찰할 수 있도록 삼각플라스크의 아래에 흰 휴지 등을 깔아준다.*뷰렛은 파손 위험이 크기 때문에 스탠드에 고정해서 사용하며, 절대 이동하지 않는다.뷰렛을 이용하여 적정액(NaOH 수용액)을 플라스크 속 용액에 떨어뜨리며 지시약의 색 변화를 관찰한다. 적정 용액 한 방울을 떨어뜨렸을 때, 무색에서 분홍색으로의 색 변화가 용액 전체에서 20초 이상 유지되면 적정이 완료되었다고 판단한다.*연한 분홍색에서 진한 분홍색으로의 색 변화, 또는 금방 무색으로 돌아오는 색 변화 등은 인정하지 않는다.*용액의 색이 투명색으로 되돌아오는 변화가 느려지기 시작하면, 적정 용액을 더욱 조금씩 떨어뜨리며 실험을 신중히 진행해야 한다.적정을 시작하기 전 읽은 뷰렛의 눈금에서 변화된 뷰렛의 눈금을 읽어서 플라스크 속으로 들어간 적정 용액의 양을 확인한다.1~7의 과정을 두 번 더 반복해서 적정에 사용된 NaOH 수용액의 부피의 평균을 구해준다. 이 값을 통해 NaOH 수용액의 농도를 계산한다.*적정 과정을 여러 번 반복하여 표준화의 신뢰도를 높여야 한다. 시간이 허락해주는 한에서 최대한 많은 횟수를 시행하는 게 좋다.*이 때 적정에 사용된 정확한 NaOH의 부피는 뷰렛의 눈금 차이로 확인한 부피에서 바탕 적정값을 빼야 얻을 수 있다.실험 2: 포화 탄산수의 제조와 헨리 상수의 측정[실험 과정]망치를 사용하여 드라이아이스를 잘게 부순 후, 일정 질량을 재서 30mL 유리 바이알들에 각각 넣어준다.홀피펫과 피펫 필러를 사용하여 5.0mL의 증류수를 각각의 바이알에 넣어준다.드라이아이스가 다 녹으면, 온도계를 사용하여 바이알 속 탄산수의 온도가 25 정도가 되는지 확인한다.*온도가 그보다 낮으면, 유리 바이알의 아래 부분을 손으로 감싸서 온도가 25까지 올라가도록 한다.탄산수의 윗쪽에 있는 기체가 1기압으로 유지될 수 있도록 파라필름을 사용하여 유리 바이알의 입구를 막아준다.하나의 유리 바이알의 파라필름을 제거한 후, 실험 1에서 한 방법으로 이 탄산수를 NaOH 수용액을 사용해 적정함으로써 녹아있는 탄산의 양을 알아낸다.*탄산수 속 이산화탄소가 날아가거나 더 용해될 수 있으므로 이전보다 약하게 교반해야 한다.적정이 완료되면 눈금을 확인하여 탄산수 속에 들어간 NaOH 수용액의 양을 알아낸다. 실험 종료 후 이를 토대로 탄산수 속의 탄산의 농도를 알아내고, 이로부터 헨리상수를 계산한다.나머지 유리 바이알의 파라필름도 제거하여, 교반 자석을 넣고 교반을 한다. 이 때, 교반 시간을 달리하며 그 안에 녹은 탄산의 양이 어떻게 달라지는지 적정을 통해 알아본다.적정 결과를 토대로 교반 조건에 따른 헨리 상수를 각각 계산하여, 어떤 조건일 때 알려진 이산화탄소의 헨리 상수와 제일 가깝게 나오는지 알아본다.마지막으로는 증류수 5미리를 유리 바이알에 넣고 바탕 적정을 시행한다.*오차를 제거하기 위한 과정으로, 적정이 거의 한 방울 만에 끝나므로 신중히 진행한다.*이 때 이 한 방울의 부피를 뷰렛의 눈금 변화로 확인하기 어렵기 때문에, 동일한 방울을 여러 번 떨어뜨렸을 때의 눈금 변화를 확인한 후 그걸 방울 수로 나누어 한 방울의 부피를 구해준다.[실험에 사용되는 시료의 양 계산]헨리의 법칙을 바탕으로 5mL의 증류수를 포화시키는 이산화탄소(드라이아이스)의 양을 구해보자. 이 실험에서의 압력은 1기압이라 할 수 있고, 25의 증류수를 사용하므로 이 때의 이산화탄소의 헨리 상수는 약 이다.(단, 형태의 식을 사용할 때의 헨리 상수이다.) 용해도를 계산하면, 이므로 의 물에는 약 의 이산화탄소가 필요하다. 이 때 이산화탄소의 분자량은 이므로 질량으로는 정도의 이산화탄소가 필요하다.[참고 문헌]김희준, 일반화학실험, 자유 아카데미, 2010Atkins·Jones·Laverman, 화학의 원리 제7판, 자유아카데미, 2018

자연과학| 2024.03.21| 3페이지| 1,000원| 조회(410)

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