귀여운개구리 스토어

귀여운개구리

개인인증

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

5개
전체 판매량

114개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

평균A
자료문의 응답률

100%

추천자료

서울대학교 간호통계학 A+ 중간 과제 답안__일반통계학 (김우철) 연습문제

<섬네일을 확인해주세요.>

시험자료| 2023.08.15| 6페이지| 2,500원| 조회(685)

간호, 서울대학교, 김우철, 일반통계학, 간호통계, 간호통계학, 서울대간호

미리보기

닫기

전체자료 5개

판매자 표지

서울대학교 간호통계학 A+ 기말 과제 답안__일반통계학 (김우철) 연습문제 평가A+최고예요

<썸네일을 확인해 주세요>

학교| 2024.04.28| 8페이지| 2,000원| 조회(365)

간호, 서울대학교, 김우철, 일반통계학, 간호통계, 간호통계학, 서울대간호

미리보기

닫기
판매자 표지

서울대학교 간호통계학 A+ 중간 과제 답안__일반통계학 (김우철) 연습문제

<섬네일을 확인해주세요.>

학교| 2023.08.15| 6페이지| 2,500원| 조회(685)

간호, 서울대학교, 김우철, 일반통계학, 간호통계, 간호통계학, 서울대간호

미리보기

닫기
서울대 화학실험- 헨리상수 평가A+최고예요

이산화탄소의 헨리 상수 측정2021.04.05.화학실험 (003)Backgroud Information1. 헨리의 법칙헨리의 법칙(Henry’s Law)은 1803년 영국의 화학자 윌리엄 헨리가 실험적으로 발견한 법칙으로, 기체 분자와 수용액 속 녹아있는 동일한 분자 사이의 평형을 설명하는 데 사용되는 법칙이다. 용해도는 용매와 평형을 이루고 있는 그 기체의 부분 압력에 비례한다는 법칙으로, 식으로 나타내면 다음과 같다.S=k _{H} P`(S:`용해도,`k _{H} :`헨리상수,`P:`기체`분압) 헨리의 법칙은 일반적인 상황에서 대체로 사용 가능한 라울의 법칙과 달리 기체의 용해도와 압력이 크지 않은 경우에만 근사적으로 성립한다는 특징이 있다. 따라서 이 법칙은 산소, 질소, 이산화탄소, 수소와 같은 물에 잘 녹지 않고 낮은 압력의 기체에 적용할 수 있으며, 암모니아, 염화수소 등의 기체에는 잘 적용되지 못한다.2. 산·염기산·염기는 일반적으로 물에 녹았을 때 수소가 얼마나 이온화되는지를 나타내는 지표로 사용된다. 이러한 정의는 1883년 아레니우스가 내린 정의로, 그는 물에 녹아 수용액 상에서 수소 이온(H ^{+})을 내놓는 물질을 산, 수산화 이온(OH ^{-})을 내놓는 물질을 염기라고 했다. 이후 아레니우스 정의가 가지는 한계를 보완하여 다른 화합물에 양성자, 즉 수소 이온을 주는 화합물을 산, 양성자를 받는 화합물을 염기라고 정의 내린 브뢴스테드-로우리 산·염기 이론이 발표되었다. 하지만 브뢴스테드-로우리의 이론은 수소 원자를 포함하지 않는 화합물에 대해서는 산·염기 반응을 설명할 수 없다는 한계가 있었고 이 문제점을 해결한 게 전자로 화학 반응을 설명하는 루이스 산·염기 이론이다. 이 이론에서는 전자쌍을 받는 물질을 산, 전자쌍을 주는 물질을 염기로 정의하였다.산·염기는H ^{+} 농도의-log값인 pH로 표현한다. pH가 7보다 낮으면 산, 7보다 높으면 염기이다.3. 중화 적정과 지시약산의 수소 이온(H ^{+})과 염기의 수산화 이온(OH 즉 농도를 알고 있는 용액을 사용하여 농도를 모르는 산 또는 염기 용액을 적정하면 미지 용액의 농도를 알아낼 수 있으며, 이 방법을 중화 적정이라고 한다. 이때 사용하는 식은 다음과 같다.n _{산} M _{산} V _{산} =n _{염기} M _{염기} V _{염기} `(n:`산/염기의`가수,`M:`몰농도,`V:`부피) 미지 용액에 표준용액을 가하는 중화 적정 실험을 한다고 하면 표준용액의 가수와 몰농도, 미지 용액의 가수와 부피는 알지만, 중화될 때까지 사용된 표준용액의 부피를 알 수 없어서 미지 용액의 농도를 구할 수 없다. 이때 종말점을 확인하기 위해 사용되는 것이 지시약이다.지시약은 화학 반응에서 변화를 보다 쉽게 관찰할 수 있도록 첨가하는 물질을 가리킨다. 색의 변화를 통해 용액의 상태를 알려주는 경우가 대부분이다. 산·염기 중화 반응에 사용되는 지시약은 용액 속 수소 이온 지수에 따라 색상이 달라지는 특성을 가진 수용성의 유기 염료인 경우가 많다. 그 종류로는 페놀프탈레인(Phenol Phthalein), BTB(Bromo Thymol Blue), 메틸 오렌지(Methyl Orange) 등이 대표적이다. 이들은 용액의 상태에 따라 색상이 급격히 변해 화학 반응을 관측하는 데 더욱 효율적이다.Results & Discussion1. 실험 결과(1)NaOH의 농도KHP와NaOH의 반응식은 다음과 같다.KHP(aq)+NaOH` rarrow `KNaP(aq)+H _{2} O 위 식에서 볼 수 있듯이,KHP와NaOH은 1:1의 반응비를 가지고 있으므로, 반응에 사용된KHP와NaOH의 몰수는 같다. 따라서M _{NaOH} TIMES V _{NaOH} =M _{KHP} TIMES V _{KHP}이므로NaOH의 농도가 약 51.12mM임을 구할 수 있다.M _{NaOH} = {M _{KHP} TIMES V _{KHP}} over {V _{NaOH}} = {50mM TIMES 5.0mL} over {4.89mL} image 51.12(2) 헨리 상수NaOH 사용량.4863 × 10-2실험에서의 분압(P)은 1로 설정한다. 이산화탄소는 물속에서 탄산(H _{2} CO _{3})의 형태로 존재하며,NaOH와의 반응식은 다음과 같다.CO _{2} (g)+H _{2} O(l) ?H _{2} CO _{3} (aq)H _{2} CO _{3} (aq) ?HCO _{3}^{-} (aq)+H ^{+} (aq)HCO _{3}^{-} (aq)+H ^{+} (aq) ?CO _{3}^{-} (aq)+H ^{+} (aq)H ^{+}와OH ^{-}는 1:1의 반응비로 반응하므로, 몰농도 계산식 MV=M'V'를 이용하면 H+의 농도를 구할 수 있다.k _{H} =M DIVIDE P`(k _{H} :헨리상수,`M:`녹아`있는`기체의`농도,`P:`기체의`분압)이고 이때 P는 1이므로 각각의 경우에 헨리 상수를 계산하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.A.51.12mM TIMES 1.80mL DIVIDE 5mL image 18.403mM=1.8403 TIMES 10 ^{-2} MB.51.12mM TIMES 1.82mL DIVIDE 5mL image 18.607mM=1.8607 TIMES 10 ^{-2} MC.51.12mM TIMES 3.39mL DIVIDE 5mL image 34.659mM=3.4659 TIMES 10 ^{-2} MD.51.12mM TIMES 3.41mL DIVIDE 5mL image 34.863mM=3.4863 TIMES 10 ^{-2} M2. 결과 분석이산화탄소의 헨리 상수 이론값을 3.00(mol/L×atm)라고 설정하여 오차율을 구했다. 이때 사용한 공식은{LEFT | 이론값-실험값 RIGHT |} over {이론값} TIMES 100이다.A:{LEFT | 30-18.403 RIGHT |} over {30} TIMES 100 image 38.7(%)C:{LEFT | 30-34.659 RIGHT |} over {30} TIMES 100 image 15.5(%)이를 통해 교반을 했을 때의 오차율이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이킨다. 그 결과, 물과 이산화탄소의 분자 간 인력이 약해져 수화 작용이 발생하기 어려워진다. 이로 인해 결과적으로 이산화탄소의 용해도가 감소하는 것이다.3. 오차 원인NaOH는 공기 중의 수분을 흡수하는 조해성이라는 성질을 가지고 있어 실제로 공기 중에 놓아 두면 주변의 수분을 흡수하여 물과 같은 액체와 함께 덩어리 물질을 만들어 낸다. 이처럼 조해성을 가진 물질은 대기에 노출되어 수분을 흡수하게 되면, 흡수된 수분만큼 질량이 증가하기 때문에 물질의 농도에 변화가 생긴다. 따라서 실험에 사용될 때 오차를 유발하는 원인이 될 가능성이 높다. 본 실험에서는NaOH를 옮기는 여러 과정 중에NaOH가 수분을 흡수할 수 있었을 것이며, 이러한 이유로 오차가 발생한 것을 추측할 수 있다.NaOH 보관과 이동 시 공기 접촉을 최소화한다면 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다.계산 과정에서는 기체의 분압을 대기압과 같게 임의로 1로 설정했으나, 기체의 분압이 1보다 낮아졌을 가능성이 충분히 있다. 실험 도중, 이산화탄소가 공기 중으로 흩어지는 일이 발생해 기체의 분압이 예상했던 대기압(1)보다 낮아지게 되었다면 헨리 상수는 이론값인 3.00×10-2(mol/L×atm)보다 큰 값이 도출되었을 것이다. 오차를 개선하기 위해 기체의 분압을 따로 측정하여 정확한 분압을 얻어 헨리 상수를 계산하거나, 이산화탄소의 용해도가 실험 도중에 달라지지 않도록 안정되고 완전히 밀폐된 상태에서 실험한다면 보다 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이다.Assignment1. pH가 낮은 용액과 pH가 높은 용액 중 이산화탄소가 더 많이 녹아 들어가는 용액은 어떤 것인지 화학반응식을 이용하여 설명하시오. 만일 이산화탄소가 아니라 헬륨을 녹인다면 pH에 따라 용해도가 어떻게 바뀔지 설명하세요.pH가 높은 용액일 때 이산화탄소가 더 많이 녹아 들어갈 것이다. 이산화탄소와 물이 만나 탄산 수용액이 만들어지는 화학반응식은 다음과 같은 평형을 이룬다.CO _{2} (g)+H _{2} O(l) ?H _{2} CO ) 이처럼 이산화탄소가 물에 녹아 탄산 수용액이 되는 과정에서 수소 이온이 생성된다. pH가 낮은 용액, 즉 산성 용액 속에는 이미 수소 이온이 많이 존재하기 때문에 이산화탄소는 잘 녹아 들어가지 않는다.이를 설명하기 위해 사용되는 원리는 르샤틀리에의 원리다. 르샤틀리에의 원리는 평형상태에 놓인 가역반응에서 조건의 변화로 인해 평형이 깨진 경우, 그 변화를 감소시키려는 방향으로 화학평형이 움직인다는 원리다. 수소 이온이 pH가 낮아 이미 충분히 많은 용액에 이산화탄소가 녹아 수소 이온이 추가적으로 생성되는 것은 화학평형을 깨는 것이다. 따라서 르샤틀리에의 원리에 의해 이산화탄소는 pH가 높은 용액에 비해 덜 녹아 들어갈 것이다.헬륨은 18족 원소로, 반응성이 매우 낮아 물에도 거의 녹아 들어가지 않는 비활성기체이다. 원래도 반응성이 거의 없는 물질이기 때문에, pH 농도를 달리함으로 인해 발생하는 유의미한 변화는 없을 것이다.2. 일차 표준물질이 무엇인가요? 일차 표준물질의 조건과 그래야 하는 이유, 일차 표준물질의 예시를 쓰시오.대부분의 물질은 보관하거나 무게를 측정하는 과정 중에 공기와 반응하거나 조성이 변하여 정확한 농도의 용액을 만드는 것이 불가능하다. 따라서 순수한 상태로 남아있을 수 있는 물질을 이용하면 정확한 농도의 용액으로 적정하여 농도의 오차를 보정할 수 있는데, 이때 사용하는 물질이 바로 일차 표준 물질이다. 이처럼 일차 표준 물질(primary standard)은 용액으로 만들었을 때 무게 오차가 적어 특정 농도에 정확히 맞추어 제조하여 사용할 수 있는 순도 높은 시약을 가리킨다.일차 표준물질이 되기 위한 조건으로는,(1) 쉽게 구할 수 있어야 한다.? 접근성이 용이하지 않을 경우 일차 표준 물질로서 다양한 화학 반응에 활용하기 어렵다.(2) 순수한 상태로 정제할 수 있어야 한다.? 특정한 농도의 용액을 정확히 제조해야 화학 반응에 사용할 수 있다. 따라서 다른 불순물이 섞여 있지 않은 순수한 상태로 얻어지거나, 그러한 상태로 정제하는 것이없다.

자연과학| 2021.12.18| 7페이지| 1,000원| 조회(269)

화학실험, 서울대, 헨리상수, 서울대화학실험

미리보기

닫기
서울대 화학실험-이산화탄소의 분자량 측정

이산화탄소의 분자량 측정2021.04.11.화학실험(003)ABSTRACT분자는 물질의 고유한 특성을 가지는 가장 작은 입자로, 여러 원자로 구성되어 있다. 분자의 특성을 결정하는 데 매우 중요한 역할을 하는 것은 분자의 분자량이기 때문에 분자량을 알아내는 것은 무척 중요하다. 본 실험은 드라이아이스의 승화로 생성된 이산화탄소 기체를 포집하여 무게를 구한 후, 이상기체 방정식으로 이산화탄소의 분자량을 측정한다. 이상기체 상태 방정식의 몰수를 분자량과 질량으로 표현한 후, 분자량을 제외한 나머지 변수들의 값을 대입하는 것이다. 이렇게 구한 결괏값을 알려진 이산화탄소의 분자량과 비교하고, 오차를 줄이기 위해 반 데르 발스 방정식을 이용하여 추가적인 계산을 진행한다. 이 과정에서 기체 법칙에 대해 학습한다. 또한, 이산화탄소는 승화점이 낮아 상온 상태에서는 액체 상태를 보기 힘들다. 본 실험은 타이곤 튜브에 드라이아이스를 넣어 드라이아이스의 승화로 높아진 압력을 이용해 액체 이산화탄소를 관찰한다.INTRODUCTION1. 실험 목적분자는 물질의 고유한 성질을 가진 가장 작은 입자로, 우리 주위의 세계는 분자의 세계라고 부를 수 있을 만큼 지구상 대부분의 물질들은 원자들이 결합한 상태로 존재한다. 따라서 분자량은 분자 내 구성 원자들의 비율을 파악할 수 있는 중요한 값이다. 본 실험에서는 이산화탄소의 분자량을 구하기 위해 드라이아이스를 사용하여 플라스크를 1기압의 이산화탄소 기체로 채우고, 이때 플라스크를 채운 이산화탄소의 질량과 플라스크의 부피를 구한다. 이 값과 함께 이상기체 방정식(PV=(W/M)RT)을 이용하여 분자량을 구해본다. 더 나아가 공기의 밀도와비교하여 이산화탄소의 분자량을 결정한 후 실제값과 비교하고, 그 과정에서 이상기체 방정식과 아보가드로의 원리 등의 개념을 학습한다. 또한, 타이곤 튜브에 드라이아이스를 넣고 드라이아이스가 고압에서 액화하는 현상을 관찰하여 드라이아이스의 상변화를 직접 확인한다.2. 이론적 배경(1) 분자설과 아보가드로의 법칙(A분자라는 개념을 도입하고 처음으로 분자라는 말을 사용했으며 그는 분자 개념을 도입하여 아보가드로 법칙을 확립했다.1811년 아보가드로에 의해 제안된 아보가드로의 법칙에 의하면 모든 기체는 그 종류에 관계없이 같은 온도, 같은 압력, 같은 부피에서 같은 개수의 분자를 포함한다. 따라서 기체 분자는 화학적, 물리적 특성과는 무관하게 같은 온도와 압력에서 기체 시료가 차지하는 부피는 기체의 (분자 수)에 비례한다. 이러한 성질을 이용하면 기체의 밀도를 측정하여 분자량을 구할 수 있다.(2) 이상 기체 방정식과 반 데르 발스 방정식이상기체 방정식(ideal gas law)은 분자 운동론의 기초로서, 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 아보가드로의 법칙의 내용을 모두 포함하는 식이며 다음과 같이 나타낼 수 있다. 이때 기체상수는 볼츠만상수와 아보가드로수의 곱이다.PV=nRT` … ㉠(P: 압력, V: 부피, n: 기체의 몰수, R: 기체상수, T: 절대온도)㉠ 식을 몰수가 아닌 질량과 분자량으로 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.PVM=WRT(P: 압력, V: 부피, M: 분자량, W: 질량, R: 기체상수, T: 절대온도)실제기체와 이상기체의 차이로 인해 실제기체는 근사적으로만 이상기체 방정식을 따르게 되며 기체의 밀도가 0에 가깝거나 온도가 높을수록 이상기체 방정식에 더욱 근사하게 된다. 이는 밀도가 0에 가까울수록 분자의 운동 시 기체 분자들 간 충돌이 적어지고, 온도가 높을수록 분자의 운동이 빨라져 분자 간 힘이 무시할 수 있을 정도로 작아지기 때문이다. 실제값에 보다 가까운 수치를 얻기 위한 접근의 결과로, 반 데르 발스 방정식(van der Waals equation of state)이 정립되었다.(P+a {n ^{2}} over {V ^{2}} )(V-nb)=nRT(P: 압력, V: 부피, n: 몰수, R: 기체상수, T: 절대온도)위 식에서 a와 b는 물질에 특성에 따른 매개변수이다. 특히 a는 분자 사이의 상호작용의 세기를, b는 입자가 차지하는 부피를 나서 가로축은 온도, 세로축은 압력을 표시하며, 액체와 기체 사이의 경계인 증기압력 곡선, 고체와 액체 사이의 경계인 융해 곡선, 고체와 기체 사이의 경계인 승화 곡선으로 이루어져 있다. 세 개의 상이 공존하는 점을 삼중점이라 부른다.▲ 의 상평형 그래프(T(삼중점)에서의 온도: 약 216.45K, 압력: 약 5.1atm)METHODS, DATA & RESULTS1. 실험 방법[실험 1] 이산화탄소의 분자량 측정첫 번째 실험에서는 부피가 다른 두 개의 플라스크의 무게와 플라스크를 덮을 glass의 무게를 각각 측정한다. 충분한 양의 곱게 갈은 드라이아이스를 플라스크에 넣고 공기가 새어나가지 않게 glass를 덮어준다. 플라스크 내부를 이산화탄소 기체로 채우고 유리판을 덮은 채로 무게를 측정한다. 무게 측정이 끝나면 온도계로 플라스크 내부온도를 측정하고, 플라스크에 물을 채운 후 메스실린더로 옮겨 플라스크의 부피를 측정한다.[실험 2] 이산화탄소 상변화 관찰두 번째 실험에서는 타이곤 튜브 양쪽 끝을 자른 후, 한쪽에 니플을 꼽아 조임새로 조인다. 깔때기를 활용하여 드라이아이스 가루를 넣어주고 열려있는 튜브 끝도 니플을 꼽아 공기가 새는 소리가 들리지 않도록 조임새로 조인다. 튜브를 장갑 낀 손으로 문지르면서 시간의 흐름에 따라 액체로 변한 드라이아이스를 관찰하고 조임새를 살짝 풀어 내부압력을 급격히 낮추고 변화를 관찰한다.2. 실험 결과[실험 1] 이산화탄소의 분자량 측정부피플라스크 무게유리판 무게이산화탄소를 포함한 무게온도A 큰 플라스크295mL115.609g11.499g127.309g0.7°CB 작은 플라스크117mL56.501g11.573g68.166g0.8°C본 실험에서는 정확성을 높이기 위해 두 부피의 플라스크 A(295mL), B(117mL)를 이용하였다. 공기 조성을 질소(N _{2}, 28.00) 78%, 산소(O _{2}, 31.98) 21%, 아르곤(Ar, 35.95) 1%으로 두고 공기의 평균 분자량을 계산한 결과, 공기의 분자량은 약 28.9ENTIGRADE =273.95K이므로 이를 대입하면 A 플라스크는 약 0.38g, B 플라스크는 0.15g의 공기를 포함하고 있음을 알 수 있다.W _{A공기} = {1atm TIMES 295 TIMES 10 ^{-3} L TIMES 28.92g/mol} over {8.20 TIMES 10 ^{-2} L BULLET atm BULLET K ^{-1} BULLET mol ^{-1} TIMES 273.85K} image 0.38gW _{B공기} = {1atm TIMES 117 TIMES 10 ^{-3} L TIMES 28.92g/mol} over {8.20 TIMES 10 ^{-2} L BULLET atm BULLET K ^{-1} mol ^{-1} TIMES 273.95K} =0.15g다음 단계에서는 플라스크 속 이산화탄소의 질량을 구하였다. 이산화탄소만의 질량은 이산화탄소로 채워진 유리판 덮인 플라스크의 무게에서 처음 상태의 유리판 덮인 플라스크 무게를 빼준 뒤 공기에 의한 부력 보정을 위해 위에서 구한 공기의 질량을 더해주면 된다. 결과적으로 A 플라스크는 0.581g, B 플라스크는 0.242g의 이산화탄소를 포함하고 있음을 알 수 있다.W _{A이산화탄소} =127.309g-(115.609g+11.499g)+0.38=0.581gW _{B이산화탄소} =68.166g-(56.501g+11.573g)+0.15g=0.242g마지막으로 실험의 최종 목적인 이산화탄소의 분자량을 계산하였다. 이상기체 상태 방정식을분자량= {질량 TIMES RT} over {PV}꼴로 변형하고 P, V, R, T, 질량 값을 대입하거나, 아보가드로의 법칙에 의해 기체의 밀도 비가 분자량 비와 동일하다는 사실을 이용하여 계산하면 이산화탄소의 분자량을 구할 수 있다. 본 실험에서는 전자의 방법을 사용하였다. 결과적으로 A 플라스크를 이용한 실험에서는 44.2, B 플라스크를 이용한 실험에서는 46.5라는 이산화탄소의 분자량을 구하였다.M _{A} = {0.581g TIMES 8.20 T(g/mol) 두 실험 결괏값의 평균은 45.35로, 알려진 이산화탄소의 분자량인 44.01과 비교하면 약 3.04%의 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다.[실험 2] 이산화탄소 상변화 관찰조임새를 모두 조인 후 시간이 흐르면 튜브 속 드라이아이스가 액체가 되어 흐르는 모습을 관찰할 수 있다. 이후, 조임새를 살짝 풀어 내부압력을 급격히 낮추면 액체 이산화탄소가 즉시 고체로 변하는 모습을 확인할 수 있다.DISCUSSION[실험 1] 이산화탄소의 분자량 측정앞선 실험 결과에서의 오차 발생 원인은 사용한 식이 이상 기체 방정식이었기 때문인 것으로 판단되었다. 이상기체 방정식이 이상기체(ideal gas)에 대하여 정의된 식이기 때문에 실제기체의 운동을 설명할 수 있는 반 데르 발스 식을 이용하여 다시 분자량을 계산해보았다.이산화탄소의 인력 보정 상수a=3.592atmL ^{2} /mol ^{2}, 부피 보정 상수b=0.043L/mol를 반데르발스 상태방정식(P+a {n ^{2}} over {V ^{2}} )(V-nb)=nRT에 대입하여 구한 분자량은 A 플라스크의 경우 약 44.05, B 플라스크의 경우 약 46.25로 평균값이 45.15가 된다. 이 값은 오차율이 약 2.59%로, 이상기체 방정식보다 정확한 결괏값임을 확인할 수 있다.[실험 2] 이산화탄소 상변화 관찰손으로 튜브를 감싸 온도가 올라가면 드라이아이스가 녹아 이산화탄소 기체로 변하게 되고 타이곤 튜브 내부의 압력이 증가한다. 이산화탄소의 경우 삼중점의 압력이 상압보다 높아 상압에서는 액체 상태로 관찰되지 않는다. 그런데 막힌 타이곤 튜브 내부에서 승화가 일어남에 따라 압력이 높아지면 액화될 수 있는 조건이 되어 액체 이산화탄소를 관찰할 수 있게 된다.이러한 상황에서 조임새를 풀어주면 튜브 속의 기체가 빠져나가면서 압력이 급격히 낮아지고 액체는 기화를 일으키는데 이때, 기화열을 흡수하여 튜브 내부의 온도가 내려가므로 고체로 승화하는 현상이 관찰되는 것이다.▲ 튜브를 밀폐했을 때 ▲ 조임새를 풀었을

자연과학| 2021.12.18| 8페이지| 1,500원| 조회(245)

화학실험, 분자량, 서울대, 이산화탄소의분자량측정, 서울대화학실험

미리보기

닫기
서울대 화학실험 HPLC에 의한 아데닌과 카페인의 분리 평가A+최고예요

HPLC에 의한 아데닌과 카페인의 분리2021-03-22화학실험 (003)ABSTRACT크로마토그래피는 여러 물질로 구성된 혼합물을 분리하고, 특정 물질을 추출하는 화학적 방법이다. 아데닌과 카페인은 둘 다 소수성 유기물질이고 퓨린 골격을 가지고 있어 형태가 비슷하지만 아데닌은 아미노기, 카페인은 메틸기를 가지고 있어 분리가 가능하다. 이때, HPLC 중 역상 크로마토그래피 기법을 사용하여 두 물질의 elution time 및 최대흡광도, 흡수 스펙트럼을 각각 얻고, 그 결과를 통해 커피 한 잔 속 카페인의 양을 정량한다. 이때, 농도를 모르는 물질의 농도를 Beer-Lambert 법칙을 사용하여 얻을 수 있다. 실험과 계산하는 과정에서 분자의 구조적 성질을 활용한 화학적 분리 방법의 원리를 체험적으로 학습한다.INTRODUCTION1. 실험 목적본 실험에서는 액체를 이동상으로 하는 HPLC (고성능 액체크로마토그래피, high performance liquid chromatography) 방식 중 역상 크로마토그래피를 이용하여 아데닌과 카페인을 분리하고, 분자의 구조와 elution time 간의 관계를 알아보고자 한다. 더 나아가, 분리된 색소를 흡광 분석 방법으로 그 양을 구해보고자 한다.2. 이론적 배경2-1. HPLC와 역상 크로마토그래피크로마토그래피는 다양한 물질이 섞여 있는 혼합체로부터 이들 물질을 분리해내는 방법으로, 현재는 역상 크로마토그래피로 발전하여 수많은 화학 연구실과 분석실에서 HPLC 방식으로 사용되고 있다.HPLC는 액체를 이동상으로 하는 크로마토그래피 기법으로, 그중 역상 크로마토그래피(reversed-phase chromatography)는 이동상이 정지상보다 극성이 높을 때 사용한다. 이러한 이유로, 역상 크로마토그래피에서는 탄소수가 18인 탄화수소(-C _{18} H _{37}, 이하C18)로 코팅된 극성이 낮은 정지상과 물에 유기 용매를 섞어 극성을 조절한 이동상을 사용한다. 쉽게 말해, 주로 정지상이 비극성이고 이동상이 극성인 경우에 사용되는 기법이라 할 수 있다. 역상 크로마토그래피는 비극성 또는 약한 극성의 화합물을 분리할 때 적합하고, 사용하기 쉽고 효율이 높아 오늘날 가장 빈번하게 사용되는 HPLC 기법이다.2-2. 비어 람다의 법칙(1) Lambert 법칙독일의 천문학자이자 물리학자인 J.H. Lambert가 발견하여 정립한 법칙으로, 빛의 흡수에서 흡수층에 입사하는 빛의 세기와 투과되는 빛의 세기의 비율의 로그값이 흡수층의 두께에 비례한다는 법칙이다. 빛의 세기가I인 빛이 두께가b인 물질 층을 통과할 때 빛의 흡수로 인한 빛의 감소를 식으로 나타내면dI=-kIdb (k는 비례 상수, -부호는 빛의 세기가 감소함을 의미)이다. 이 식을 다시 쓰면{dI} over {I} =-kdb 으로 나타낼 수 있다. 이 식을 해석하면 “흡수된 빛의 분율은 통과되는 물질 층의 두께와 비례한다.”라는 람베르트 법칙의 의미를 얻을 수 있다.b가 0일 때의 입사광의 세기를Io라 하고 위 식을 적분하면 다음 식을 얻을 수 있다.log` {I} over {Io} =- {kb} over {2.303}(2) Beer 법칙독일의 화학자, 물리학자, 수학자인 A. Beer가 발견한 법칙으로, 흡수된 빛의 분율이 물질의 농도에 비례한다는 내용이다. Beer은 이를 통해 어떤 빛의 경로에 존재하는 시료에 의해 빛이 흡수되면 광량이 감소하는 원리를 설명하고자 했다. 어떤 빛의 세기를I 라 하고 이 빛이 시료를 통과한 후의 빛의 세기를I _{t}라 할 때, 빛의 일부는 시료를 통과하면서 흡수되므로I _{t}는I에 비례(I _{t} PROPTO I)한다. 이를 통해 시료에 흡수되는 빛의 양을 나타낼 수 있으며, 이것이 바로 흡광도(absortion, A)의 정의다. 또한,{I _{t}} over {I}를 투광도(transmittance, T)라 하면 T는 시료를 통과하기 전후의 빛의 강도의 분율을 나타낸다. 이를 종합하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.A=log {I} over {I _{t}} =-logT(3) Beer-Lambert 법칙같은 부피에서 시료의 농도를 증가시키는 것은 물질 층의 두께를 증가시키는 것과 동일한 효과가 있기 때문에 (1)의 식에서 상수k는 농도 C에 비례하게 된다. 따라서 새로운 상수a를 활용하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.{k} over {2.303} =aClog` {I} over {Io} =- {kb} over {2.303} =-abC 따라서 위의 두 법칙으로부터log {I _{t}} over {Io} =-abC 라는 Beer-Lambert 법칙의 관계식을 얻을 수 있다. 이를 통해 흡광도와 농도 간의 관계식을 나타내면 다음과 같다. (이때, b는 실제 흡수 용기(cell)의 두께, ε은 몰 흡광계수로 농도가 mol/L일 때의 상수이다.)A= varepsilon bCMETHODS, DATA AND RESULTS1. 실험 방법[실험 1] 아데닌과 카페인의 분리(1) 15mL 시험관에 300uM 아데닌과 500uM 카페인을 2mL씩 넣는다.(2) 프로그램의 수집 시간을 5분으로 설정한 후, 측정 파장을 260nm로 설정한다.(3) Hamilton 주사기를 덜어 온 아데닌 용액으로 한번 헹군다.(4) Detector의 프로그램에서 시료의 이름을 설정하고 ‘수집 분석 준비’ 상태를 만든다.(5) 아데닌 용액 중 80uL을 20uL injection loop을 채우도록 한다. 이때, 공기가 주입되지 않게 주의한다. 핸들을 오른쪽 inject 방향으로 재빨리 끝까지 돌리면 run이 시작된다.(6) 5분씩 차례대로 아데닌 용액과 카페인의 크로마토그램을 각각 얻는다.[실험 2] 아데닌과 카페인의 흡수 스펙트럼(1) 아데닌과 카페인 용액 1mL씩 취하여 혼합물 시료를 만든다.(2) 프로그램의 수집시간을 30분으로 설정, 최대 흡광도를 측정한다 (파장은 250nm).(3) 아데닌과 카페인 피크가 모두 나오면 파장을 바꾸고(250?260?270?280) auto zero를 눌러 흡광도 값을 0으로 맞춘 다음 주입을 한다. 각각의 파장에서의 크로마토그램을 얻는다.[실험3] 커피에 들어있는 카페인의 정량 분석(두 티스푼(700mg)의 동결 건조 커피를 100 mL의 물에 넣어 만든 커피 한 잔 기준)(1) 500 uM 카페인 uM 용액을 증류수와 메탄올의 60:40 (v/v) 혼합 용액으로 묽혀, 5mL의 200 uM, 100 uM 카페인 용액으로 만든다.(2) ‘{1} over {10}로 묽힌 커피 한 잔’ 용액을 1mL씩 담는다.(3) 검출기의 파장을 270nm, 수집시간을 5분으로 설정하여 125, 280, 375, 500uM 카페인 용액의 크로마토그램을 각각 얻는다(표준 곡선).(4) 커피 용액의 크로마토그램을 얻는다.2. 실험 결과[실험 1] Elution time : 아데닌(1.56분), 카페인(1.78분)[실험 2]▲ 파장에 따른 흡광도 ▲ 파장에 따른 피크 면적아데닌의 경우 260㎚ 파장에서 흡광도가 가장 높고 피크 면적도 제일 넓다. 반대로, 카페인은 270㎚에서 가장 높은 값이 검출됐다.[실험3]물질Elution time (min)피크 높이 (mV)피크 넓이(mVs)125uM 카페인1.9683149.9931761.8057250uM 카페인1.9733337.38501742.1217500uM 카페인1.9767631.55353312.4426DISCUSSION[실험 1]에서 아데닌이 먼저 검출되는 이유는 분자 구조에서 찾을 수 있다. 카페인은 소수성인 메틸기를 지닌 반면, 아데닌은 극성인 아미노기를 지니고 있어 정지상인 C18과의 상호작용에 차이가 발생한다. 소수성인 메틸기가 C18과 더 강하게 결합하기 때문에 세 개의 메틸기를 가지고 있는 카페인의 용리 시간이 아데닌보다 더 길다.카페인의 농도와 흡광도의 관계 그래프가 거의 직선으로 나왔으므로 비례라고 생각하고 그래프의 식을 구하면 (x는 카페인의 농도, y는 흡광도) 대략y=6.7274x-23.355으로 나타낼 수 있다. 자료 을 참고하여 흡광도가 5615.2141일 때의 값을 대입하면x=838.14982이다. 카페인의 분자량은 135이므로 한 잔의 커피(100mL) 속 카페인의 양은838.14982 TIMES 10 TIMES 10 ^{-6} mol/L TIMES 135=113.144 CDOTS mg/100mL이다.시간이 충분히 주어질 경우 보다 정확한 정량을 위해 추가 실험을 진행한다면 파장 영역을 세분화한 실험을 진행하고자 한다. 카페인의 최대 흡수 파장은 270nm와 280nm 사이에 위치할 확률이 크다. 따라서 파장 영역을 세분화하여 감도를 더 키울 수 있다면, 정량의 정확성을 높일 수 있다.

자연과학| 2021.05.16| 7페이지| 1,500원| 조회(450)

크로마토그래피, 화학실험, 서울대, HPLC, 서울대화학실험

미리보기

닫기