xng11 스토어 > 전체 자료

전체자료 3개

[A+ 분석화학실험 레포트] A study of pH, Dissociation, Hydrolysis & buffers, Titration curve

1. 실험 제목A study of pH, Dissociation, Hydrolysis & buffers, Titration curve2. 실험 목적1) pH, Dissociation, Hydrolysis & buffers의 정의와 원리, 계산식을 이론으로 습득한다.2) 여러 가지 용액의 pH를 측정하고 비교해본다. (pH meter 이용)3) 표준용액과 완충용액에 대해 알아보고 다양성자산에 대해 알아본다.4) 몰농도와 노르말농도를 이해하고 Auto Titrator를 이용한 적정을 통해 인산(다양성자산)의적정곡선을 얻는다.3. 실험 이론① 산-염기산-염기는 세 가지 측면에서 정의할 수 있다.1) Arrhenius산은 수용액 상태에서 물에 해리되어 수소 이온 (H ^{+})을 내놓는 물질,염기는 수용액 상태에서 물에 해리되어 수산화 이온(OH ^{-})을 내놓는 물질로 정의한다.비수용액 상의 물질이나 수소 이온 (H ^{+}) 또는 수산화 이온(OH ^{-})이 없는 고체나 기체상에는 적용할 수 없다는 한계가 있다.2) Bronsted-Lowry산은 수소 이온(H ^{+})을 내놓는 분자나 이온,염기는 수소 이온(H ^{+})을 받아들이는 분자나 이온으로 정의한다.아레니우스 정의에서 확장된 개념이지만,산이 이온화 될 수 있는 수소 원자를 포함해야 한다는 한계가 있다.3) Lewis산은 다른 물질의 비공유 전자쌍을 받는 물질로 전자쌍 받개,염기는 다른 물질에 비공유 전자쌍을 내놓는 물질로 전자쌍 주개로 정의한다.브뢴스테드-로우리 정의에서 확장된 개념이다.루이스 산과 염기 사이의 결합은 배위 결합 또는 배위 공유 결합이라고 한다.4) 강산, 강염기, 약산, 약염기반응성이H ^{+}(aq) 농도에만 의존한다면, 강산은 약산보다 반응성이 더 크다.(1) 강산(strong acid) : 용액 안에서 완전히 이온화되는 산ex.HCl,`HBr,`HI,`HNO _{3} ,`HClO _{3,} HClO _{4} ,`H _{2} SO _{4}(2) 약산(weak acid) : 용액Cl)이 물에 녹아 수소 이온(H ^{+})과 염소 이온(Cl ^{-})의 두 이온으로 해리된다.아세트산(CH _{3} COOH)이 다원자 이온인 아세테이트(CH _{3} COO ^{-})와 단원자 이온인 수소 이온(H ^{+})으로 해리된다.(2) 전해질i) 강전해질상대적으로 해리가 잘 되는 강한 산과 염기나 가용성 염.ex.HNO _{3} ,`NaOH,`KOH,`HClii) 약전해질상대적으로 해리가 덜 되는 약산 산과 염기.ex.NH _{3} ,`CH _{3} COOH,`H _{2} CO _{3}(3) 이온화(Ionization)중성의 분자 또는 원자에서 전자를 잃거나 얻는 등의 전자 이동이 일어나 전하를 띠게 되는 반응을 말한다.ex.고체 염화나트륨(NaCl)을 녹이면 나트륨 이온(Na ^{+})과 염화 이온(Cl ^{-})으로 이온화된다.④ 해리상수(Dissociation constant)반응물에서 해리되는 정도인 평형상수 값.(1) 산 해리상수 (K _{a})K _{a} (Acid dissociation constant) : 산 이온화 상수로서 산의 세기를 나타낸다.K _{a}값이 클수록 이온화 경향이 커져 강산, 작을수록 이온화 경향이 약해져 약산이다.HALRARROWH ^{+} +A ^{-}K _{a} = {[H ^{+} ][A ^{-} ]} over {[HA]}pK _{a} = -logK _{a}(2) 염기 해리상수 (K _{b})K _{b} (Base dissociation constant) : 염기 이온화 상수로서 염기의 세기를 나타낸다.염기가 수용액에서 이온화 평형 상태에 있을 때의 평형 상수라고 할 수 있다.K _{b}값이 클수록 강염기, 작을수록 약염기이다.B``+`H _{2} O`` LRARROW `BH ^{+`} +`OH ^{-}K _{b} = {[BH ^{+} ][OH ^{-} ]} over {[B]}⑤ 가수분해(Hydrolysis)가수분해는 어떤 물질이 물에 녹을 때 생긴 이온의 일부가 물과 반응하여 수소 이온(H ^{+})이나수생성물로 물, 염, 중화열을 만드는 발열반응으로,중화열이란 중화반응이 일어날 때 생성되는 열이다.> 발열반응중화점에서 가장 많은 중화열이 발생되어 온도가 가장 높다.수소 이온(H ^{+})과 수산화 이온(OH ^{-}) 수 증가rarrow 열 증가rarrow 중화 되었을 때 중화열 증가3) 지시약(Indicator)중화점은 수용액에서 산성형(HIn)과 그 짝염기형(I`n ^{-})이 평형을 이루고 있는 지점이다.HIn(aq)`+`H _{2} O(l)` LRARROW `H _{3} O ^{+} (aq)`+`I`n ^{-} (aq)산성형 짝염기형i) 산성 용액에 가했을 때H _{3} O ^{+}농도가 증가하므로 지시약의 이온화 평형이 역반응 쪽으로 이동하므로,HIn의 농도가 커져 산성형인 HIn의 색깔이 나타난다.ii) 염기성 용액에 가했을 때OH ^{-} 가`H _{3} O ^{+}와 중화반응을 일으켜H _{3} O ^{+}농도가 감소하므로,지시약의 이온화 평형이 정반응 쪽으로 이동한다.따라서,I`n ^{-}농도가 커져 짝염기형인I`n ^{-}의 색깔이 나타난다.산성형과 짝염기형의 색깔은 다르므로,지시약의 색 변화를 통해 중성이 되는 지점 확인할 수 있다.⑧ 염(Salt)산-염기 반응의 생성물이며,산의 음이온과 염기의 양이온이 정전기적 인력에 의해 결합되어 있는 화합물로대부분 이온결합 화합물이다.HA(aq)`+`BOH(aq)` LRARROW `BA(aq)`+`H _{2} O(l) 산 염기 염1) 강산-강염기 중화반응으로 생성된 염양이온과 음이온이 모두 무시할 정도의 산-염기정도를 가져 물과 반응하지 않아 산성도는중성이다.종류 : NaCl,NaHSO _{4},NaNO _{3},CH _{4}2) 강산-약염기 중화반응으로 생성된 염약염기의 양이온이 가수분해하여 수소 이온을 내므로 산성도는 약한 산성이다.종류 :NH _{4} Cl,CuSO _{4},MgCl _{2},FeSO _{4}3) 약산-강염기 중화반응으로 생성된 염약산의 음이온이 가수분해하여 수산화 이온을 내므로하지 못한다.⑬ Henderson-Hasselbalch equationK _{a}와 짝산, 짝염기 화학종의 농도를 이용하여 pH를 유도한 식으로,완충용액은 일반적으로 약산과 그의 짝염기로 이루어지기 때문에이 식을 이용하면 완충용액의 pH도 구할 수 있다.K _{a} = {[H ^{+} ][A ^{-} ]} over {[HA]}HA```` UNDEROVER {```LRARROW ```}_{}^{K _{a}} `A ^{-} +H ^{+}log _{10} K _{a} =log _{10} [H ^{+} ]`+`log _{10} {[A ^{-} ]} over {[HA]} `-pK _{a} =`-pH`+`log _{10} {[A ^{-} ]} over {[HA]} `pH`=pK _{a} ``+`log _{10} {[A ^{-} ]} over {[HA]} `⑭ 적정(Titration)적정이란 미지 화학종의 농도를 결정하기 위한 분석법으로,농도를 알고있는 표준용액을 미지용액과 완전히 반응시킨 후,반응시킨 표준용액의 양을 이용하여 미지화학종의 농도 결정한다.⑮ 자동 적정(Auto Titration)자동 적정이란 적정 조작의 일부 또는 전부를 자동화한 적정으로 종말점을 지시하는 데 필요한 물리량을 전기 신호로 변환하고 그 출력을 사용하여 종말점에서의 적정액 적하를 자동적으로 멈추게 하는 방법을 말한다.이러한 자동 적정은 수동 적정에 비해 정확하고, 필요한 시료의 양이 적다는 장점이 있다.? 당량점과 종말점;강산-강염기 적정곡선1) 당량점(Equivalence point)적정되는 물질과 적정하는 물질 사이의 화학량론적 반응이 완결되는 지점으로,이론적인 지점이다.산-염기 적정의 경우 중화점이 당량점이 된다.2) 종말점(Titration end point)실험자가 적정이 완료되었다고 판단하여 적정을 멈추는 지점으로,실험적인 지점이다.종말점을 인식하는 데는 반응 자신의 성질로서 외부에서 인식할 수 있는 것과 지시약을 가해인식하는 방법이 있다. 지시약을 사용하게 되면 당량점 부근에서 지 용액을 적정을 통해 농도 결정한다.21. 표준용액적정을 할 때 기준이 되는, 농도가 정확히 알려져 있는 용액(1) 1차 표준용액 : 표준물질의 농도를 정확히 아는 용액(2) 2차 표준용액 : 농도를 정확하게 측정하기 어려워서1차 표준 용액을 이용하여 농도를 구한 용액22. 표준물질화학분석에서 표준이 되는 물질로 조성 성분과 함량이 정확히 알려진 물질(1) 1차 표준 물질순도가 높아 용액을 만들었을 시에 예상농도와 거의 동일한 농도의 용액을 만들 수 있는 물질ex.Na _{2} CO _{3},Na _{2} C _{2} O _{4}, NaCl2) 2차 표준 물질1차 표준물질에 비해 순도가 낮아 표준화법을 통해 표준용액으로 만드는 물질ex. NaOH,KMnO _{4} ,`HCl(1) 정제하기 쉬워야 한다.(2) 용매에 잘 녹아야 한다.(3) 반응물과의 반응이 정량적으로 빠르게 진행되어야 한다.(4) 당량이나 분자량이 커서 무게 측정시 상대오차가 적어야 한다.(5) 칭량 중 공기에 의해 산화되지 않고 수분이나 이산화탄소를 흡수하지 않아야 한다.23. 묽힘(Dilution)M _{진한} `*`V _{진한} `=`M _{묽은} `*`V _{묽은}M : 몰농도, V : 부피cf. 적정을 이용한 미지농도(M _{x}) 구하기n _{1} `*`M _{표준용액} `*`V _{사용된`표준용액} `=`n _{2} `*`M _{x} `*`V _{미지용액}(n : 반응계수)24. pH meterpH meter는 검출부와 지시부로 구성되어 있다.검출부는 지시전극인 유리전극과 비교전극으로부터 전위차를 검출하고,지시부가 그 전위차를 이용하여 pH를 측정한다.유리전극은 수소 이온(H ^{+})에 민감한 유리 전구이며,외부 수소이온의 상대농도의 변화에 따라 달라지는 mV 출력을 통해 전위를 나타낸다.pH meter를 보관할 때에는 전극이 마르지 않도록 유리 전극을 KCl 용액에 보관한다.4. 실험기구 및 초자pH meter, Volumetric flask, Graduated cylinder,

자연과학| 2022.03.12| 15페이지| 2,500원| 조회(227)

pH, 적정, pH meter, Le Chatelier

미리보기

닫기
자동적정(Auto-titration)을 이용한 중화반응 측정

1. 실험제목 : 자동적정(Auto-titration)을 이용한 중화반응 측정2. 실험목적(1) 산, 염기, 중화반응에 대하여 알아본다.(2) pH meter의 작동 원리를 알아보고, 직접 용액의 pH를 측정해 본다.(3) 산-염기의 표준 용액으로 농도를 모르는 강 약산 용액을 강염기 표준용액으로 적정하여 농도를 안다.3. 이론산-염기i) Arrhenius산 : 수용액에서 수소 이온 ( ) 내놓는 물질염기 : 수용액에서 수산화 이온 ( ) 내놓는 물질ii) Brownsted-Lowry산 : 수소 이온 () 내놓는 분자나 이온염기 : 수소 이온 ( ) 받아들이는 분자나 이온iii) Lewis산 : 다른 물질의 비공유 전자쌍을 받는 물질염기 : 다른 물질에 비공유 전자쌍을 내놓는 물질산-염기의 세기에 따른 종류수용액에서 이온화 하여 을 많이 내놓으면 강산, 적게 내놓으면 약산이라고 한다.또한, 수용액에서 이온화 하여 을 많이 내놓으면 강염기, 적게 내놓으면 약염기라고 한다.일양성자산과 다양성자산i) 일양성자산 : 수용액 상태에서 한 개의 양성자를 내놓는 산ex. HCl,ii) 다양성자산 : 수용액 상태에서 두개 이상의 양성자를 내놓는 산ex. ,중화반응산과 염기가 반응하여 물과 염을 형성하는 반응이다. 중화반응에서 중화점은 산과 염기의 반응이 완결된 지점으로 알짜 이온이 소멸됨으로써 pH 값이 급격히 변화는 순간의 점이라고 할 수 있다. 중화점은 전류가 가장 낮은 지점, 온도가 가장 높은 지점(중화열), 지시약의 색이 변하는 지점이다.지시약담겨있는 물질의 산성도에 따라 자신의 색깔을 변화시킴으로써 그 물질이 산성, 중성, 염기성인지 구분해주는 물질로, 약한 산이나 염기를 띤다.적정이번 실험에서는 자동 적정(Auto-titration)을 이용하는데, 자동 적정이란 적정 조작의 일부 또는 전부를 자동화한 적정으로, 종말점을 지시하는 데 필요한 물리량을 전기 신호로 변환하고 그 출력을 사용하여 종말점에서의 적정액 적하를 자동적으로 멈추게 하는 방법이다. 이러한 자동 적정은 수동 적정에 비해 정확하고 필요한 시료의 양이 적다는 장점이 있다.묽힘공식MV=M’V’(M,M’=진한/연한 용액의 몰농도, V,V’=진한/연한 용액의 부피)중화적정산 또는 염기의 표준 용액을 사용하여 농도를 알 수 없는 염기 또는 산을 적정함으로써 정량 분석하는 방법으로, nMV=n’M’V’ (n,n’=산/염기의 당량수, M,M’=산/염기의 몰농도, V,V’=산/염기의 부피)의 식을 사용할 수 있다.다양성자산 적정 곡선당량점과 종말점당량점은 화학양론적 반응이 완결되는 지점(=이론값)이며, 종말점은 적정 완료 판단 후 적정 멈추는 지점(=실험값)이다.몰농도와 노르말농도i) 몰농도(M)용액 1L 속에 녹은 용질의 수ii) 노르말농도(N)용액 1L 속에 녹아있는 용질의 g당량수(eq/L)= 몰농도(mol/L) * 당량수(eq/mol)iii) 당량수1몰에 있는 당량(eq/mol)표준화, 표준용액, 표준물질표준화란 표준 물질을 표준 용액으로 적정하여 표준 용액의 농도를 결정하는 것이며, 여기서 표준용액이란 적정에 사용되는 용액으로 이미 정확한 농도를 알고 있는 용액이다. 표준 용액의 조건으로는, 분석물과 빠르게 반응해야 하며, 최대한 정확한 종말점을 얻기 위해 분석물과 거의 완전히 반응해야 하며, 정확한 적정을 위해서 정확한 농도를 유지해야 하고, 오랜 기간 안정하게 보존해야 한다. 또한, 표준 물질이란 표준액의 정확한 농도를 결정하기 위하여 사용하는 기준 물질로, 순도가 높고 용액을 만들었을 시 무게 오차가 적어 예상한 농도와 거의 동일한 농도의 용액을 만들 수 있는 물질을 1차 표준 물질, 순도가 낮아 표준화법을 통해 표준용액을 만드는 물질을 2차 표준물질이라 한다. 이러한 표준 물질의 조건으로는 정제가 쉽고 일정한 조성을 가져야 하며, 흡수, 풍화, 공기 산화 등의 성질이 없고 오랫동안 보관하여도 변질되지 않아야 하며, 반응이 정량적으로 진행되어야 하며, 당량 중량이 커서 측량 오차를 감소시킬 수 있어야 하며, 건조, 감압에서도 안정해야 한다.pH meter유리전극과 비교전극 사이에서 발생하는 전위차를 이용하여 pH를 측정하는 도구로, pH미터를 보관할 때는 전극이 마르지 않도록 유리전극을 KCl 용액에 보관해야 한다.4. 실험 장비, 초자 및 시약beaker, pippet&pippet filler, exchange unit, auto-titrator, pH meter5. MSDS6. 실험과정1) pH 보정을 한 후 실험을 진행한다.2) NaOH 용액을 만들기 위해 필요한 양만큼 weighing한 후,exchange unit에 NaOH(0.1N,500mL)와 증류수를 채운다.3) 튜브에 비커를 대어준 후 기기 앞부분의 버튼을 이용하여 exchange unit 중간 컬럼에 남아있는용액을 빈 비커에 모두 빼내고 새 용액 (20 ml)으로 채운다.4) 3. 0.1 N HCl 용액 50 ml를 만든다.5) 앞의 용액 10 ml를 피펫으로 취하여 100 ml 비커에 넣고 증류수 70 ml를 채운다.6) HCl 용액의 최종농도를 구한다. (MV=M’V’)7) pH meter Cell를 증류수로 잘 세척 후, HCl 용액에 고정한다.8) 확인 후 pH를 기록하고, 적정부피 0.5 ml로 설정한다.9) START key 누른 후, pH값을 확인하면서 pH가 12가 될 때까지 염기를 0.5 ml씩 넣고 pH를 기록한다. (당량점에서 급격히 뛰는 pH를 관찰할 수 있다.)10) Results 나온 후 그래프를 관찰한다.11) 0.1 N Acetic acid 10 ml + 70 ml 증류수 용액의 pH가 13이 될 때까지 1 ml씩 염기를 넣으면서 pH를 기록한다.12) 0.05 M H3PO4 10 ml + 70 ml 증류수 용액 pH 13까지 1 ml씩 염기를 넣으면서 pH를 기록하고 당량점이 어디서 나타나는지 파악한다.13) 넣어준 NaOH (ml)의 양에 따른 pH 변화에 대한 그래프를 그리고 세 가지 경우의 적정곡선에 대해 비교한다. (강산+강염기/약산+강염기/다양성자성 산 + 강염기)7. 참고문헌(Reference)분석화학 / 8판 / Daniel C.Harris / 자유아카데미 / 2012 / p.146~148, p.231~238유기화학 / 5판 / Brown, Foote 외 2인 / CENGAGE Learning / 2010 / p.176~p.179, p.197~p.199무기화학 / 도명기 외 5인 / 사이텍미디어 / 2000 / p.126~132, p.139~141최신 분석화학 / 대학화학교재연구회 / 동화기술 / 2017 / p.62~66, p.216~231, p.234~245, p.1938. 실험 결과*각 용액 제조 방법 (계산방법 포함, 소수점 셋째 자리에서 반올림)i) NaOH pellet으로 0.1N NaOH 500mL,NaOH, 2g을 먼저 녹이고 증류수를 부어 500mL를 만들어 준다..ii) 35% HCl 용액으로 0.1N HCl 250mL35% HCl 용액 2.21mL에 증류수를 부어 250mL로 만들어 준다.iii) 99.7% Acetic acid 용액으로 0.1N Acetic acid 250mL99.7% Acetic acid 용액 1.435mL에 증류수를 부어 250mL로 만들어 준다.iv) 85% phosphoric acid 용액으로 0.05M phosphoric acid 250mL,85% Phosphoric acid 용액 0.7645mL에 증류수를 부어 250mL로 만들어 준다.9. 토의(Discussion)*각 중화 적정 곡선에 대한 자세한 설명강산을 강염기로 적정강산을 약염기로 적정약산을 강염기로 적정약산을 약염기로 적정중화점 : pH 7중화점 : pH 7 이하중화점 : pH 7이상중화점 : 찾기 어려움지시약 : PP,MO지시약 : MO지시약 : PP지시약 : 사용 불가HCl-NaOH 적정은 강산-강염기 적정으로 초반에는 pH가 매우 낮다가 마지막에 그래프가 급상승하는 염기 pH와 큰 차이를 보이고 있다. 급변하는 정도가 크고, 수용액이 해리가 잘 되어 중화점에서 두 이온의 비가 1:1로 있기에 당량점이 중성의 pH와 거의 비슷하다. acetic acid 적정은 약산-강염기 적정으로 초반에는 pH가 이전보다 다소 높지만 염기 pH로 당량점에 도달하는 과정의 상승이 조금씩 일어난다. 이는 acetic acid가 약산이라 반응이 1:1로 일어나지 않고, 염기의 이온이 더 많기 때문이다. 당량점은 pH 7보다 큰 값이 나온다. 즉, 다양성자산 적정은 당량점이 2개가 나타난다.*적정 전 dosing 하는 이유dosing 작업을 통해 이전 실험에 사용했던 NaOH를 제거한다.*산,염기 용액을 만들 때 증류수 먼저 채우고 산,염기를 넣는 이유산 용액을 넣은 후 증류수로 채워주면, 산 용액이 증류수와 반응하여 튈 위험성이 있기에 증류수를 먼저 채운 후 산 용액을 넣어준다. 또한, NaOH와 같은 염기 용액은 조해성이 있기에 증류수를 먼저 채운 후 염기 용액을 넣어준다.*phosphoric acid의 세 번째 종말점이 나오지 않는 이유phosphoric acid는 화학식이 으로 3개의 양성자를 가진다. 따라서, 이론적으로는 종말점이 세 군데가 나와야 하는데, 세 번째 종말점은 나오지 않았다. 그 이유는 세 번째 종말점은 첫 번째 종말점과 두 번째 종말점에 비해 값이 매우 작고, 그 값이 물의 해리상수와 비슷하므로 측정하기에 어려움이 있기 때문이다.*당량점과 종말점의 차이가 나는 이유모든 용액이 100% 해리되지 않고 용액에 균일하게 퍼져있지 않기 때문이다. 또한, 용액을 제조할 때 측정의 오류가 있었을 수 있다. 더하여, 우리가 사용한 NaOH는 2차 표준물질이기에 조해성에 의하여 용액 제조를 정확히 할 수 없기도 하다.

공학/기술| 2022.03.12| 5페이지| 1,000원| 조회(229)

산, 염기, pH meter, 중화반응

미리보기

닫기
물질의 굴절률 측정

1. 실험제목 : 물질의 굴절률 측정2. 실험목적(1) 굴절에 대한 정의와 굴절률에 대하여 알아본다.(2) Abbe Refractometer의 원리와 사용법을 숙지한다.(3) 온도와 농도에 따른 굴절률의 변화를 통하여 굴절률의 변화 요인을 분석할 수 있다.3. 이론굴절굴절은 파동이 서로 다른 매질의 경계면에서 비스듬하게 입사할 때 진행방향이 변하는 현상을 말한다. 파동이 굴절할 때 전파 속력과 파장은 변하지만 진동수와 주기는 절대로 변하지 않는다. 이때, 반사광선은 입사평면의 안에 놓이고 수직선에 대한 반사각은 입사각과 똑같다는 반사법칙과 굴절광선은 입사평면 안에 있고 굴절각은 입사각과 의 관계가 있다는 굴절법칙이 성립한다. 여기서 과 는 굴절에 관여한 매질의 차원이 없는 상수이고 이를 굴절률(n)이라고 한다. 진공에서 다른 매질로 빛이 입사할 때의 굴절률을 절대 굴절률이라 한다. (c : 진공에서의 빛의 빛의 속도, v : 매질 내 빛의 속도) 어떤 특정한 물질을 기준으로 다른 물질이 얼마나 기준 물질에 비해 밀한지 소한지 나타내는 값을 상대 굴절률이라 한다.물질의 굴절률이 클수록 빛은 더 많이 굴절한다.Snell의 법칙입사각의 sin값과 굴절각의 sin값의 비는 일정하며 주어진 파장의 빛에 대해 주어진 두 매질의 굴절률의 비가 같음을 나타내는 굴절법칙이다., , ,굴절률과 파장 사이의 관계식은 로 나타낼 수 있다.브라운 운동액체나 기체 등 유체 안에 존재하는 거대한 입자가 끊임없이 불규칙적으로 움직이는 현상이다. 브라운 운동이 일어나는 원인은 액체나 기체를 이루는 원자나 분자 등 미세한 입자가 그 유체 안에 존재하는 거대한 입자와 불규칙적으로 끊임없이 충돌하기 때문이다. 미소 입자의 움직임은 제곱평균제곱근(rms,root mean square) 주어진다. 발생 원인으로는 일반적으로 크기가 큰 입자의 경우, 역학적 평형 상태에서는 움직이지 않는다. 그러나 입자의 크기가 매우 작은 미소입자의 경우는 표면이 작기 때문에 액체와 기체 분자와의 충돌에서 오는 불균형이 커져 불규칙한 운동을 하게 된다. ()전반사(total refraction)빛이 밀한 매질에서 소한 매질로 진행할 때(빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때), 입사각이 임계각보다 큰 경우 경계면에서 전부 반사되는 현상이 전반사이다. 전반사가 일어날 조건으로는 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행해야 하며, 입사각이 임계각보다 커야 한다.Abbe Refractometer와 그 원리굴절률을 알고 있는 표준 프리즘을 물질에 접촉시켜 경계에서 일어나는 전반사를 이용하여 주로 액체, 점성체의 굴절률을 측정하는 광학기계이다. 아베굴절계에 의한 20 에 있어서의 굴절률의 측정범위는 1.3~1.7까지로, 정밀도는 0.0001로 백색광을 써서 굴절률을 측정할 수 있다. 이는 망원경, 아베 프리즘, 색터, 보상 프리즘으로 이루어져 있다. 장점으로는 간편성, 넓은 측정범위, 소량의 시료로도 측정 가능, 단색 광원을 사용하면 선명한 임계경계선의 측정 가능, 크고 정밀한 프리즘 장치를 쓰면 정확한 프리즘 위치 측정 가능 등이 있다.4. 실험 장비, 초자 및 시약Erlenmeyer flask, abbe refractometer, pipet&pipet filler, wipes5. 실험과정50 ml Erlenmeyer flask에 각각 증류수를 10 ml씩 5개를 준비한 후, 증류수에 0, 1, 2, 3, 4 ml순으로 Ethanol을 가한다. 그 다음, 일회용 스포이드로 만든 시료들을 한 방울씩 떨어뜨려 굴절률을 측정한다. 최종적으로, Ethanol의 양과 온도에 따라 굴절률 그래프를 작성하고 굴절률이 어떻게 변하는지 알아본다.6. 참고문헌(Reference)일반물리학 / Serway 외 1명 / 청문각 / p.577,578물리학 / 제4판 / Giambattista 외 2명 / 북스힐 / p.659,660,685~69광학 / 제5판 / Eugene Hecht / 자유아카데미 / p.98,99광학기기 / 김동룡/ 상학당 / 2012/ p.237. 실험결과*실험실 온도 약 23Error bar가 작을수록 정확도가 높은 그래프라고 할 수 있다. 그래프를 살펴보면 ethanol의 양이 증가함에 따라 굴절률이 증가함을 알 수 있다. 특히 0~3mL 정도까지는 거의 정비례함을 알 수 있다. 하지만, 그 이후에 그래프가 약간의 오차를 보였는데, 이는 휘발성이 강한 ethanol의 성질 때문이라 할 수 있다. 따라서, ethanol을 첨가해준 시간에 따른 차이 등에 있어 오차가 발생할 수 있다고 생각한다.*같은 시료일 때 온도에 따른 굴절률 그래프 예측이론적으로, 온도에 따른 굴절률을 예측해보자면, 미소 입자에 대한 rms식과 굴절률의 정의로부터 온도가 증가하면 굴절률이 작아짐을 예측할 수 있다.9. 토의(Discussion)*굴절률에 영향을 주는 요인온도온도 증가시 빛의 진행속도가 증가하고 굴절률이 감소한다. 물질의 밀도는 항상 온도에 반비례하며 이는 온도가 증가할수록 물질의 밀도는 감소함을 의미한다. 따라서 온도의 증가는 굴절률의 감소로 이어지게 된다.압력압력 증가시 부피가 감소하고 밀도가 증가하여 빛의 진행이 어려워져 빛의 진행속도가 감소하고 굴절률이 증가한다.농도매질이 용액일 때, 농도가 증가하면 밀도가 증가하여 빛의 진행속도가 감소하고 굴절률이 감소한다.농도가 커질수록 입자 사이의 밀도가 증가하게 되고 빛의 진행이 어려워져 속도가 느려지게 되어 굴절률이 감소한다파장빛의 파장이 높아지면 빛의 진행속도가 증가하게 되고 굴절률은 감소한다.( )유전율유전율이 큰 매질은 빛의 진행이 어려워 진행속도가 감소하여 굴절률이 증가한다.여기서, 유전율이란 외부에서 전기장을 가했을 때 전하가 얼마나 편극되는지 알아내는 척도이다.*Ethanol의 농도와 온도에 따라 굴절률이 변하는 이유i) ethanol의 농도가 증가하게 되면 밀도가 증가하여 빛의 진행속도가 감소하고 굴절률이 감소한다. 일반적으로 농도가 커질수록 입자 사이의 밀도가 증가하게 되고 빛의 진행이 어려워져 속도가 느려지게 되기에 굴절률이 감소한다.ii) 온도에 관하여는, 미소입자에 대한 rms 식을 생각해보면, 온도가 높을수록 미소 입자의 움직임이 증가한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 물질 내의 빛의 속도가 증가하므로 굴절률이 감소한다. 온도가 증가할수록 미소입자의 움직임도 증가하므로 물질의 밀도는 감소한다. 따라서, 온도의 증가는 굴절률의 감소로 이어지게 된다. 다르게는, 굴절률의 정의를 나타내는 식으로부터 미소입자의 광자로 생각하며 물질 내 빛의 진행속도가 빨라져 에서 v가 커져 굴절률이 작아지게 된다고 할 수 있다..

공학/기술| 2022.03.12| 4페이지| 1,000원| 조회(353)

물리화학실험, 굴절률, 굴절률측정, Abbe refractometer

미리보기

닫기