물리화학실험결과 보고서? 실험 일자 : 2000년 00월 00일? 작성자 : 0조 / 20180000 / 000제목평형 분배초록평형분배 실험은 서로 섞이지 않는 두 용매 사이에서 용질의 평형분배를 알아보고, 그에 따른 분배계수를 알아보는 실험으로 각 층의 분배계수를 구함으로써 한 용매에서 다른 용매로의 용질의 이동량을 확인해볼 수 있었다.구체적으로 이 실험을 통해, 서로 섞이지 않는 두 가지 물질을 분별 깔때기를 이용하여 분리하는 과정인 추출의 개념을 이해할 수 있었다. 그리고 한곳에 섞여 있던 두 용매 층을 각각 따로 옮겨 페놀프탈레인 지시약을 첨가한 뒤 NaOH로 적정하면서 산성의 아세트산을 중화시키는데, 투명하던 용액이 일정 시간 이상 분홍색을 유지하는 순간이 종말점이며 그 시점까지 들어간 NaOH의 농도와 용액 속의 아세트산의 농도가 같다는 것을 이용하여 아세트산의 농도를 알 수 있고, 물 층에 녹아있는 아세트산이 1-butanol 층으로 이동했다는 것을 확인할 수 있다. 실험의 결과값으로 물 층에 녹아있는 아세트산과 1-butanol 층에 녹아있는 아세트산의 양을 이용하여 분배계수를 구할 수 있었다.또한, 같은 양의 추출 용매를 사용하더라도 적은 양의 추출 용매를 여러 번 사용하는 것과 용매를 한꺼번에 사용하는 것 중 어느 것이 더 효율적인가도 알 수 있었는데, 이론적으로는 적은 양의 추출 용매를 여러 번 사용하는 것이 더 효율적이라는 추출의 원리를 알 수 있었지만 실험 과정 중에 발생한 여러 오차 원인들로 인하여 정확히 밝혀내기는 힘들었다. 실험하는 중에 분별 깔때기로 용액을 정확하게 분리하는 데에 어려움을 겪었다. 정확한 양의 용액을 취하지 못한 것과 적정 시 색깔의 기준을 정확하게 잡지 못해 적정용액을 더 넣어버린 것에서 오차가 발생했다고 생각한다. 이러한 여러 원인들로 실험결과의 오차가 크게 발생하였다.수치 및 결과? 결과표 1-1아세트산수용액 농도(N)적정층 용액NaOH 적정량(L)아세트산의 몰수아세트산 농도아세트산수용액+1-부탄올(0.5N NaOH로 적정)0.5N1-부탄올층0.0056L0.5N*0.0056L =0.0028N*L0.0028N*L/0.01L=0.28N물층0.0036L0.5N*0.0036L =0.0018N*L0.0018N*L/0.02L=0.09N1.0N1-부탄올층0.0066L0.5N*0.0066L =0.0033N*L0.0033N*L/0.01L=0.33N물층0.0097L0.5N*0.0097L =0.00485N*L0.00485N*L/0.02L=0.243N1.5N1-부탄올층0.0174L0.5N*0.0174L =0.0087N*L0.0087N*L/0.01L=0.087N물층0.0126L0.5N*0.0126L =0.0063N*L0.0063N*L/0.02L=0.315N2.0N1-부탄올층0.0262L0.5N*0.0262L =0.0131N*L0.0131N*L/0.01L=1.31N물층0.0315L0.5N*0.0315L =0.01575N*L0.01575N*L/0.02L=0.788N┎ 표1-1. 아세트산수용액 농도에 따른 아세트산몰수 및 농도 (실험1)? 결과표 1-2┎표1-2. 아세트산수용액 농도에 따른 아세트산몰수 및 농도 (실험2)아세트산수용액 농도(N)적정층 용액NaOH 적정량(L)아세트산의 몰수 NaOH(농도X적적량)아세트산 농도 아세트산몰수/적정부피(L)아세트산수용액+1-부탄올(0.5N NaOH로 적정)0.5N1-부탄올층0.0056L0.5N*0.0056L=0.0028N*L0.0028N*L/0.01L=0.28N물층0.005L0.5N*0.005L=0.0025N*L0.0025N*L/0.02L=0.125N1.0N1-부탄올층0.0094L0.5N*0.0094L=0.0047N*L0.0047N*L/0.01L=0.47N물층0.011L0.5N*0.011L=0.0055N*L0.0055N*L/0.02L=0.275N1.5N1-부탄올층0.0202L0.5N*0.0202L=0.0101N*L0.0101N*L/0.01L=1.01N물층0.0113L0.5N*0.0113L=0.00565N*L0.00565N*L/0.02L=0.283N2.0N1-부탄올층0.0176L0.5N*0.0176L=0.0088N*L0.0088N*L/0.01L=0.88N물층0.0165L0.5N*0.0165L=0.00825N*L0.00825N*L/0.02L=0.413N? 결과표 2아세트산수용액0.5N1.0N1.5N2.0N실험1(20mL*2회)분배계수KD=CA/CB0.28N/0.09N =3.10.33N/0.243N =1.360.087N/0.315N =0.2761.31N/0.788N =1.66실험2 (40mL)분배계수KD=CA/CB0.28N/0.125N =2.240.47N/0.275N =1.711.01N/0.283N =3.570.88N/0.413N =2.13┎ 표2. 분배계수 KD? 결과표 3-1아세트산 수용액농도(N)적정층 용액아세트산농도실험11-부탄올 용매 20mL*2회0.5N1-부탄올층log CA-0.55물층log CB-1.051.0N1-부탄올층log CA-0.48물층log CB-0.611.5N1-부탄올층log CA-1.06물층log CB-0.502.0N1-부탄올층log CA0.12물층log CB-0.10┎ 표 3-1. 최소자승법을 이용한 분배계수 KD (실험1)☞ y절편을 이용하여 분배계수 KD 구하기? 결과표 3-2┎ 표 3-2. 최소자승법을 이용한 분배계수 KD (실험2)아세트산 수용액농도(N)적정층 용액아세트산농도실험21-부탄올 용매 40mL0.5N1-부탄올층(A)log CA-0.55물층(B)log CB-0.901.0N1-부탄올층log CA-0.33물층log CB-0.561.5N1-부탄올층log CA0.0043물층log CB-0.552.0N1-부탄올층log CA-0.06물층log CB-0.38☞ y절편을 이용하여 분배계수 KD 구하기? 결과표 4n= {logK+logC _{B}} over {logC _{A}}아세트산 수용액0.5N1.0N1.5N2.0Nn실험1 (20mL){0.491-1.05} over {-0.55}=1.02{0.134-0.61} over {-0.48}=0.99{-0.559-0.50} over {-1.06}=1.00{0.22-0.10} over {0.12}=1실험2 (40mL){0.35-0.90} over {-0.55}=1{0.232-0.56} over {-0.33}=0.99{0.553-0.55} over {0.0043}=0.70{0.328-0.38} over {-0.06}=0.87┎ 표4. n값 구하기▶ 적은 양의 추출 용매를 여러 번 사용하는 것이 같은 양의 용매를 한번 사용하는 것보다 효과적인지에 대한 실험값의 비교 (용질이 두 용매에서 같은 분자량을 유지한다는 가정 하에 결과 처리): 적은 양의 추출 용매를 여러 번 사용하는 것이 같은 양의 용매를 한번 사용하는 것보다 효과적이다. 그렇게 되는 이유는 평형상수는 항상 일정하고 한 번에 추출할 수 있는 물질의 양은 일정하기 때문이다. 그러므로 적은 양으로 여러 번 추출하는 것이 더 효과적이다. 실험상에서는 실험 과정 중 발생한 오차로 인하여 이론적인 부분을 완전히 증명할 수 없었다.▶ A 용매에서 단분자로 B 용매에서는 n분자 회합체로 존재한다고 가정하였을 때의 결과 처리 (최소자승법 사용): 단분자(2A)가 2분자 회합체로 존재한다면 분자식은2A -> A _{2}이며, 평형상수K= {A _{A} ^{2}} over {A _{2 _{B}}}이고 n=2이다.▶ 실험 1의 6번, 실험 2의 5번 과정에서 같은 부피의 물을 넣어서 적정을 하는 이유: 적정을 할 때 반응속도가 빠르면 정확한 적정을 할 수 없기에 적정하려고 하는 용액의 반응속도를 느리게 만들어야 한다. 수산화나트륨은 강염기이기 때문에 반응속도가 빨라서 반응속도를 느리게 만들어야 하는데 이때, 용액의 양과 같은 부피의 물을 넣어주면 용액 속의 용매의 양이 증가하여 용질의 농도는 상대적으로 낮아진다. 그러면 반응속도가 느려져서 보다 정확한 적정을 할 수 있다.결론이 실험에서는 용질이 물과 1-부탄올에 일정한 비로 분배되어 평형을 이루게 된다. 이때 용액에 녹아있는 용질의 농도비를 이용하여 K(평형분배계수)를 구할 수 있고, 최소자승법을 이용하여 K에 log값을 취해서 적은 양의 추출 용매를 여러 번 사용하는 것이 같은 양의 용매를 한 번 사용하는 것보다 효과적이라는 사실을 알게 되었다. 하지만 이번 실험에서 상당히 오차가 많이 생겼는데, 오차의 원인으로는 분별 깔때기, 피펫과 같은 기구를 사용하여 물질을 분리하고 옮길 때 정확한 부피의 용액을 옮기는 것이 어려웠고, 뷰렛을 통해 NaOH를 떨어뜨려 적정할 때도 적정이 다 되었을 때의 용액의 색에 대한 기준점을 제대로 잡지 못하여 실질적인 정확한 양보다 많은 양이 들어가기도 했다. 또한, 여러 용액을 담고 분리하기 위해 많은 양의 비커가 필요하여 실험도구를 여러 번 세척하고 재사용하는 과정에서 오차가 발생했을 것이라고 추측된다. 그리고 실험2의 2.0N 수용액 층을 적정하기 전 더 적은 양의 증류수가 들어간 것도 오차의 원인 중 하나이다.
