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[화학실험기법] Spinel Li4Ti5O12 Lithium Ion Battery

Physical Methods in Chemistry 2Experiment 5. Spinel Li4Ti5O12 Lithium Ion Battery1. Abstract화학전지는 전지 내부 active material의 화학에너지를 전기 화학적 산화 환원 반응을 통해 전기에너지로 변환하는 장치이다. 이번 실험에서는 리튬 이온전지의 원리와 구조를 이해하고, 직접 만들어본다. 그 중 spinel 구조를 갖는 에너지 밀도가 높고, 사이클 수명이 긴 Li4Ti5O12(LTO)리튬 이온 배터리를 만드는데, XRD peak를 찍어 LTO가 잘 생성되었는지 확인하고, 충·방전 그래프와 용량에 따른 전압 그래프를 얻어내 좋은 전지의 조건을 살펴볼 것이다.2. Introduction화학전지는 전기화학 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 시스템이라고 정의된다. 전지는 양극, 음극, 전해질, 두 전극 간의 전기적 단락을 막기 위한 분리막으로 구성되어 있다. 전극에서 전기화학적 산화 환원 반응이 일어나면서 전해질을 통해 이온이 산화전극과 환원전극 사이를 이동하게 되며, 두 전극 사이에서 전자의 이동이 일어난다. 음극에서는 전지가 방전되는 동안 전기화학적 산화반응이 일어나고, 양극에서는 음극으로부터 전달된 전자에 의해 전극 물질의 환원반응이 일어난다. 방전이란 전지가 갖고 있는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 과정을 의미한다. 두 전극 사이를 채우고 있는 전해질은 이온의 이동을 돕는 이온 전도체로서, 전자에 대한 전도성은 없다. 이 중에서도 실험에서 만들 전지는 리튬이차전지이다. 이차전지란 전극에서 일어나는 산화 환원 반응이 가역적인 전지를 뜻한다. 이차전지는 전극에서 산화 환원 반응이 모두 가능하므로, 방전시 산화 전극이었던 전극은 충전 시 환원전극으로 전환된다. 이차 전지는 크게 리튬계, 알칼리계, 산성계로 나뉘며 실험에서는 리튬 이차 이온 전지를 만드는데, 음극 재료로 탄소계나 LTO를 사용한 전지를 뜻한다.[Fig. 1] 리튬 이차 이온 전지의 구조실험에서 있어 안정성이 크기 때문이라고 보여진다. 또한 LTO의 반응전압은 1.5V(Li+/Li)로 전해질의 분해가 일어나기 전에 반응이 일어날 수 있으므로, 사이클과 저장 수명이 상대적으로[Fig. 2] spinel LTO 구조길어 좋은 전지를 만들 수 있다.LTO를 만들기 위해서는 solid state synthesis 과정을 거치게 된다. 고상법이라고 불리는 세라믹 분말을 합성할때, 각 조성의 원소를 포함하는 산화물이나 탄산염 등의 분말을 배합하고 혼합하여 고온에서 반응시키는 방법을 뜻한다. 고체 내의 이온 또는 원자의 확산에 의해 합성이 진행된다. 이로 인해 고상반응을 빠른 시간 내에 정확히 반응시키기 위해서는 작은 입자가 요구된다. 그렇기 때문에 LTO 분말을 형성할 때에도 빠른 속도로 최대한 입자가 곱게 될 때까지 빻아서 분말을 혼합해준다. 간단한 혼합법이지만, 분말 형태나 크기의 제어가 어려워 화학적 균일성이 낮아질 수 있다는 단점이 있다. 이로 인해 XRD를 통해 LTO 분말이 잘 합성되었나 확인해보는 과정이 필요하다.리튬 이차 이온 전지를 만들기 위해 음극활 물질인 LTO를 미리 만드는데, LTO가 잘 생성되었는지 확인하기 위해 XRD를 찍어서 확인한다. XRD란 X-Ray diffraction 분석법으로 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 얻을 수 있는 분석방법이다. 분쇄한 시료를 분석할 때 XRD에서는 각 입자의 배열이 λ로 존재하여 여러 가지 격자면 간격의 원자면이 나타난다. X선을 쏘여서 격자 원자면에 부딪히게 하면 X선은 원자에 의해 모든 방향으로 산란된다. 산란된 X선 중 일부는 간섭효과에 의해 세기가 강해지는데 이를 X선 회절 현상이라고 한다.[Fig. 3] X선 회절 현상X선 회절 현상은 [fig. 3]에 나타나는 바와 같다. 회절현상이 발생할 때, 입사 X선의 파장λ 및 입사각 θ와 격자면 간격 d 사이에는 [2d sin θ= nλ] 로 나타나는 Bragg 관계식이 성립한다. 입사 X선의 각도를 연속적으로 변화시키면서 회절 X선의 강도를Ah/g이다. 전지에서 발생하는 cycle에 따른 충방전 용량 그래프를 얻을 수 있는데, 나아가 이로부터 전지의 efficiency를 알 수 있다. 효율은 충전시와 방전시 각각 양극의 산화 반응과 음극의 환원 반응에 사용된 전하의 양의 비로 나타난다. 그러므로 효율이 좋은 전지일수록 비율이 높기 때문에 충전시와 방전시의 용량 차이가 적게 나타난다. 다음으로는 정전류 시험법을 통해 전지의 용량에 따른 전압 그래프를 얻음으로써, 전지의 작동전압을 알 수 있다. 정전류 시험법이란 일정 전압 범위 내에서 일정한 전류를 흘려주어 연속적인 충·방전을 통해 시간에 따른 전압의 변화를 측정하는 방법이다. 전류를 일정하게 흘려주었을 때, 방전 시에는 전지의 전압이 감소하고, 충전 시에는 전지의 전압이 증가하는 경향을 보인다. 이 때, 충·방전 그래프 모두에서 거의 일정한 전압을 나타내는 부분이 존재하는데, 이 구간에 해당하는 전압이 전지의 작동전압이다. 평평한 지점에서 충전과 방전이 거의 비슷한 전압에서 이루어지므로, Li+의 격자 사이의 출입이 가장 활발할 수 있기 때문이다. 평평한 구간이 낮은 전압에 존재할수록 좋은 전지라고 할 수 있는데, 이는 작동 전압이 낮은 전압이면 전지를 작동시키는데 전력이 덜 들어 효율적인 전지이기 때문이다.나아가 리튬 이차 이온 전지를 통해 rate capability data를 얻어낼 수 있다. 충·방전 전류값을 변화시키며 이에 따른 전압곡선의 변화를 측정한 그래프이다. 여기서 전지의 속도 특성 단위로 C-rate가 도입된다. C-rate는 1시간에 충전되는 전류의 역수를 나타내는 값이다. 즉, 전지의 사용조건에 따른 전류값 설정 및 전지의 사용 가능 시간을 예상할 수 있는 척도이다. c-rate는 충전 또는 방전전류를 전지 정격용량을 나누어 구할 수 있다. 단위는 C 또는 /h로 나타난다. [C-Rate (C) = 충·방전전류(A) / 전지의 정격용량]3. 실험방법1) chemical-Li2CO3 (MW:73.8909g/mol)-TiO2 (같은 질감이 유지되게 하면서 갈아준다. ( NMP는 흡습성 액체로 습기를 제거한다)③ 구리 호일을 평평한 면에 놓고 아세톤으로 닦아 준다.④ slurry sample을 일직선이 되게 부어주고 일직선과 수직방향으로 doctor blade를 이용해 펴준다. sample 두께는 25㎛가 되게 한다.⑤ 샘플을 담은 호일을 vacuum oven에 넣고 100℃에서 30분 동안 말린다.-assembly of Battery① slurry press를 이용해 sample이 있는 호일을 3번 ball-milling해준다.② 기계를 이용해 동전모양으로 sample이 합쳐진 호일과 안 합쳐진 호일을 punching한다.③ sample이 합쳐진 호일의 양 쪽 끝의 sample을 긁어낸다.(납땜 시 sample에 하면 불꽃이 튄다.)④ sample이 합쳐진 호일과 합쳐지지 않은 호일의 무게를 비교해 sample만의 무게를 구한다.⑤ cell 위에 호일을 올려놓고 아까 긁어낸 부분에 납땜을 한다.⑥ glove box에 cell을 넣는다. 다른 캡 위에 lithium metal을 올려놓고 press해준다.⑦ cell에 있는 호일 모양에 맞추어 separator을 올려놓고 전해질을 떨어뜨린다. 그 후, lithium metal을 press 해준 cap으로 덮어주고 다시 cell을 press 해준다.-electrochemical test① 배터리를 안정화 시키는데 하루정도 필요하므로 하루 뒤에 실험을 한다.② Electrochemical test는 1.0V~3.0V 범위 안에서 진행된다. 1, 2, 5, 10 cycle의 specific capacity를 얻고 0.5C(1C=175mA/g)에서 10cycle의 charge-discharge capacity 10cycle을 얻는다.4. Result & Discussion1) LTO synthesis 계산식LTO 의 solid state synthesis 반응식은 다음과 같다.2Li2CO3(s)+5TiO2(s)REL -> {} {}Li4Ti5O과 찍힌 XRD peak는 각각 two theta 값이18.44, 35.66, 43.34, 47.46, 57.28, 62.9, 66.14 degree에서 나타난다.[Fig.5 XRD 그래프 문헌값]문헌값과 비교해보면 대략 비슷 한 degree에서 peak가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 LTO가 solid state synthesis를 통해 대체적으로 잘 합성되었다는 것을 의미한다. 하지만, 문헌값과 비교해 보았을 때 자잘한 peak가 존재하는 것을 볼 수 있다. 이는 매우 미미하긴 하지만, 불순물의 peak라고 볼 수 있다. LTO 제조 과정에서 불순물이 들어갔을 수 있고, 또는 XRD 측정 과정에서 실험실의 습도나 온도가 일정하게 유지 되지 않아서 생긴 오차일 수 있다.3) cycling performance data[Fig.6 cyclic performance 그래프]fig.5는 cycle에 따른 전지의 capacity를 나타낸 그래프이다. 첫 번째 cycle에서는 charge와 discharge 간의 차이가 크지만, cycle이 거듭됨에 따라 충·방전 사이의 격차가 줄어들어 네 번째 cycle부터는 거의 비슷한 경향을 나타내는 것을 볼 수 있다. 앞서 말했듯 전지의 효율은 충전 시 산화 환원 반응에 사용된 전하의 양과 방전시 산화 환원 반응에 사용되는 전하의 양의 비로 표현이 되기 때문에, 충·방전 사이의 capacity 차이가 적을수록 비율이 커져 효율이 높아지므로 좋은 전지이다. 그래프에 따르면 대체적으로 충·방전의 차이가 많이 나지 않기 때문에 좋은 전지가 만들어졌다고 할 수 있다. 하지만, 초기의 cycle에서는 큰 차이를 보이는데, 이러한 경향성은 크게 두 가지 이유로 설명될 수 있다. 첫 번째는 Li+ 이온이 들어오면서 충전되고, 나가면서 방전되는 이온의 이동에 의해 리튬 이온 전지가 작동하는데, 처음 cycle에서 Li+가 움직일 때는 Li+가 움직이는 active cycle이 불안정하여 Li+ 이동하는 자리가 잡혀있지 않다. 하지만이다.

공학/기술| 2016.02.16| 9페이지| 2,500원| 조회(265)

화학전지, Chemistry, 화학실험기법, Lithium ion batter..

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Synthesis and Optical Properties of CdSe Quantum Dots 평가A+최고예요

Physical Methods in Chemistry 2Experiment 1. Synthesis and Optical Properties ofCdSe Quantum Dots1. AbstractQuantum dot의 원리를 이해하고, CdSe quantum dot을 합성하여 particle size에 따른 광학적 특성이 어떻게 달라지는지 알아본다. 실험에서는 quantum dot을 합성하였을 때, quantum dot size에 따라 흡광과 형광을 측정하여 band gap이 어떻게 변화하는 지를 살펴보고, quantum dot의 size를 직접 구해본다. 흡광과 형광의 파장 띠 넓이를 통해서 size distribution도 확인해본다. 나아가, 실험 결과를 통해 quantum dot의 광학적 특성을 통해 small molecule과 bulk semiconductor와의 차이도 알아볼 것이다.2. Introduction양자점(quantum dot)은 원자가 수백~수천개 모인 입자들로써, 양자를 나노미터(nm) 단위로 합성시킨 반도체 결정을 의미한다. 원자와 같은 나노 사이즈에서는 에너지 레벨이 불연속 적으로 나타나는 양자효과가 발생한다. 반도체의 경우 dielectric constant가 크고effective mass가 작기 때문에 크기가 10 nm 정도가 되면 양자효과가 쉽게 나타나게 되는 것이다. 반도체 내에서 conduction band(CB)와 valence band(VB) 내에 있는 electron들과hole들은 공간적인 제약 없이 자유롭게 움직일 수 있다. 이 때, 자유롭게 움질일 수 있는 방향을 모두 제한하면, 전자와 홀이 모든 방향으로의 운동에 제한을 받는다. 이 경우 전자와 홀은 모든 방향에 대해 양자효과를 느끼게 되고 에너지 역시 모든 방향에 대해 불연속적인 값을 가지게 되는 것이다. 이러한 상태를 Quantum Dot 이라고 한다. 즉, 반도체 양자점은 band gap이 서로 다른 두 물질 중 띠 간격이 좁은 물질을 띠 간격이 넓은 물질 내는 각각의 Bohr radius에 따라 달라진다. 양자 제한 효과란 양자점에서 전자가 공간 벽에 의해 불연속적인 에너지 상태를 형성하고, 공간의 크기가 작아질수록 전자의 에너지 상태가 높아지고 넓은 띠 에너지를 갖는 현상을 의미한다. bohr radius는 반도체의 전자와 홀의 유효질량과 유전상수에 따라 결정되는 값이며 bulk에서 전자와 홀 간의 최소 거리이다. 입자의 크기가 Bohr radius보다 작아 지면 양자 제한 효과가 매우 강하고 크게 나타나며 이것이 물질이 가지고 있는 band gap을 불연속적으로 만들게 된다. 공간의 크기가 작아질수록 양자 제한 효과가 커지므로 전자의 에너지 상태가 높아지므로 band gap은 커지게 된다. 따라서, 양자점 내부에서 전자의 에너지 준위가 낮아지며 빛을 방출하는데, 양자점의 크기가 클수록 에너지 준위 사이가 좁아 상대적으로 낮은 에너지인 파장이 긴 빨간색을 방출하게 되는 것이다. 즉, 양자점의 크기가 작으면 짧은 파장의 가시광선을 방출하며, 크기가 커질수록 빨간색과 같은 파장이 긴 가시광선을 방출하게 되는 것이다. 반도체에서 quantum dot size가 작을수록 band gap이 커지는 경향은 다음 식으로도 확인할 수 있다.………equation 1(Quantum Dot의 지름 : d, 가장 낮은 에너지 상태에서의 effective mass : m*)오른쪽 식의 3번째 항은 매우 작아 무시할 수 있다. 결국, band energy gap은 d2에 반비례함을 알 수 있다.실험에서는 Selenium과 255 ℃의 고열에서도 버틸 수 있는 non-coordinating solvent인 octadecene을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 stirrer hot plate에서 가열한다. Se 수용액에 trioctylphosphine을 넣는데 이는 CdSe의 크기를 제한하는 계면 활성제(surfactant)역할을 한다. 다른 둥근 바닥 플라스크에 CdO와 oleic acid, octadecene 그리고 Cd 수용액에 앞에서 만답한다.4. Result & Discussion1) Absorption of quantum dot[Fig.1 unnormalized absorption spectrum] [Fig.2 normalized absorption spectrum]12345최대 흡광 파장(nm)*************20[Fig.3 absorption spectrum 실험값]sample을 추출한 시간 순서에 따라 1~5로 labeling한 결과 absorption spectrum과 은 Fig1,2와 같이 나타난다. 경향성 분석을 용이하게 하기 위하여 normalized spectrum을 함께 나타냈다. 우선, absorption spectrum부터 살펴본다. 최대 흡광 파장이 첫 번째 sample에서 마지막 sample로 갈수록 커지는 것을 볼 수 있다. 이 때의 흡광 파장 peak는 전자가 여러 에너지 준위로 들뜰 수 있기 때문에 여러 개가 존재하는데, 이 중에서 최대 흡광 파장은 VB에서 가장 높은 에너지 준위에서 CB의 가장 낮은 에너지 준위로 quantum jump가 일어나는 excition 일때의 first absorption peak를 의미하므로 맨 오른쪽 peak의 파장값으로 측정해야 한다. 이는 quantum dot size가 증가함에 따라 최대 흡광 파장이 증가한 것이라 할 수 있다. 시간이 지남에 따라 size가 성장하는 시간 의존적인 quantum dot synthesis 반응에 따라 1~5로 갈수록 quantum dot의 size는 커진다. size가 작아질수록 양자 제한 효과가 커지므로 전자의 에너지 상태가 높아지므로 band gap은 커지게 된다. 즉, size가 커질수록 양자 제한 효과가 감소하게 되어 nano particle에서 VB에서 CB로 전이되는 전자의 수가 많아져 분리되어 quantize되는 에너지 준위가 많아져서 VB와 CB간 band gap이 작아지게 된다. 따라서, 양자점에 충분한 photon을 받아 VB의 전자가 CB로 전이되기 위해 필요한 n epsilon _{0} r} ………equation 2(Eg(bulk): bulk의 band gap energy, h:플랑크 상수, r: particle 반지름, me*: CB electron 유효질량, mh*:VB hole 유효질량, e: elementary charge,varepsilon : permittivity of CdSevarepsilon 0:permittivity of vacuum)앞서 introduction에서 설명했던 바처럼 quantum dot의 size에 따른 광학적 특성은 equation2에서와 같이 particle in a box model로 설명될 수 있다. 주어진 값과 실험값을 통해 측정한 값을 대입하여 r의 값을 구할 수 있다. nano particle의 size는 최대 형광 파장실험값 으로부터 구할 수 있다. (lambda bulk=709nm,varepsilon =10.6, me*=0.13m0, mh*=0.45m0, m0=9.11TIMES 10 ^{-31} kg) 첫 번째 sample 반지름은 다음과 같이 구할 수 있다. question에서는 equation2의 마지막 항은 생략되어 있다. E(nano)는 sample의 최대 흡광 파장을 통해 구하라고 주어졌으므로, Fig7의 실험값을 통해 구할 수 있다.TRIANGLE E(band````energy```gap)= {h ^{2}} over {8r ^{2}} ( {1} over {m _{e} ^{*}} + {1} over {m _{h} ^{*}} )```````````````````r ^{2} = {h ^{2}} over {8 TRIANGLE E} ( {1} over {m _{e} ^{*}} + {1} over {m _{h} ^{*}} )E= {hc} over {lambda }TRIANGLE E=hc( {1} over {lambda _{nano}} - {1} over {lambda _{bulk}} )=6.626 TIMES 10 ^{-34} J BULLET S TIMES 3 TIME산할 수 있다. D에는 4)에서 구한 값을 대입한다. 몰 흡광 계수를 알게 되면 beer's law (A= epsilon bc)에 의하여 sample의 농도를 계산할 수 있다. Fig.3에서 각 sample의 최대 흡광 파장을 통해TRIANGLE E를 구하고, absorption spectrum에서 최대 흡광도로 A를 구하며, equation4에 의해epsilon 값을 구한다. 첫 번째 sample의 농도를 구해보면 다음과 같다.TRIANGLE E= {hc} over {lambda } = {6.626 TIMES 10 ^{-34} J BULLET s TIMES 3 TIMES 10 ^{8} m/s} over {500nm} =1.149 TIMES 10 ^{-19} J`= {1.149 TIMES 10 ^{-19} J} over {1.6022 TIMES 10 ^{-19} J/eV} =0.717eVepsilon =1600 TIMES 0.717 TIMES (2.20) ^{3} =12215.39c= {A} over {epsilon b} = {0.447} over {12215M ^{-1} cm ^{-1} TIMES 1cm} =3.66 TIMES 10 ^{-5} M위와 같은 방법으로 나머지 sample의 농도를 구하면 다음과 같다.12345TRIANGLE E(eV)0.7170.6320.5910.5510.530epsilon (M-1cm-1)12215.3913039.6413652.2513991.0114260.45A(a.u.)0.4470.5840.7510.9071.035c(M)3.66TIMES 10-54.48TIMES 10-55.5TIMES 10-56.48TIMES 10-57.26TIMES 10-5sample의 농도는 quantum dot의 size가 커짐에 따라 커지는 경향을 보인다. 시간이 흐르며 반응이 계속 진행함에 따라 결정이 계속 성장하게 되는 nano crystal과 관련이 있는 것으로 보인다. 시간이 흐를수록 결정은 계속 성장하게 되므로 농도 역시 증가하는 경향을 보이게

공학/기술| 2016.02.16| 10페이지| 2,500원| 조회(643)

Quantum dot, Chemistry, 화학실험기법, 광학적 특성, Synt..

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Phase diagram of Naphthalene-Chlorobenzene binary system

Physical Methods in Chemistry 1Experiment4. Phase diagram ofNaphthalene-Chlorobenzene binary system1. Abstract온도가 달라짐에 따라 물질의 화학적, 물리적 상태변화가 일어날 때 열은 흡수되거나 방출된다. 즉, 열의 흐름을 측정함으로써 물질의 상태에 관한 정량적, 정성적 정보를 얻어낼 수 있다. 다음 실험에서는 DSC라는 실험 장치를 통해 Indium의 열량에 따른 상태변화를 알아보고, 이를 기준물질로 잡아 p-DCB와 Naphthalene의 혼합물에 대해 알아본다. DSC로 얻은 혼합물의 thermogram을 통해 녹는점, 융해열(?Hfus), 녹는점 내림 상수(Kf), 활동도 계수(γA)를 얻어낸다.2. Introduction우선 실험에 사용되는 DSC (Differential Scanning Calorimetry, 시차 주사 열량 측정법)기기에 대해 알아본다. DSC는 기준물질과 시료를 같은 조건에서 일정 속도로 가열하거나 냉각하면서, 온도에 따른 두 물질의 온도를 같게 만드는데 필요한 열량을 기록한다. 과정은 furnace에 sample과 reference를 함께 넣는다. 두 팬을 일정한 온도로 동일하게 가열시키며 온도 증가에 따른 그래프를 얻어내면 서로 다른 모양이 나타나는데, 상대적으로 녹는점이 높은 reference에서는 상태변화가 일어나지 않아 계속하여 온도가 증가하는 그래프가 나타나지만, sample이 들어있는 팬은 상태변화에 열에너지를 쓰게 되어 온도가 일정한 구간이 존재한다. sample 팬이 reference팬과 같은 속도로 온도를 증가시키기 위해서는 sample 팬의 온도를 더 높게 유지해야 하므로, sample 팬 밑의 히터가 더 많은 열을 제공해야 한다. 즉, DSC는 두 팬이 같은 속도로 온도가 증가하기 위해 sample 팬 밑의 히터가 reference 밑의 히터보다 어느 정도의 열을 더 내놓아야 하는 가를 측정하는 것이다. DSC로 얻어지는 th태에서는 거의 섞이지 않지만 액체 상태에서는 완전히 섞이는 binary system의 liquid-solid phase diagram에서는 몰 분율에 따라 두 물질이 모두 녹는 melting point를 찍어 나타낼 수 있다. 이 때, eutectic point를 구할 수 있는데, 이는 조성이 다른 혼합물 중 최저 녹는점을 뜻한다.DSC thermogram을 통해 물질의 녹는점과 융해열을 구했다면, 이를 토대로 어는점내림 상수와 활동도 상수 역시 구할 수 있다. 우선, 어는점 내림 상수(Kf)는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.K _{f} =RT _{m} ^{2} M _{A} /D TRIANGLE H _{fus} ……①(R는 8.314J/mol?k, Tm은 혼합물의 녹는점, MA는 물질의 molecular weight, ?Hfus는 peak area의 적분값을 통해 구한 물질의 융해열을 대입하여 구한다.)활동도 계수(γA)는Rln gamma _{A} X _{A} `=-D TRIANGLE H _{fus} `(1/T _{m} -1/T) ……② 로 구할 수 있다.(T_{ m}는 혼합물의 녹는점, T는 순수한 상태였을 때의 melting point, XA는 물질의 몰분율, R은 8.314J/mol?k, ?Hfus은 순수한 물질의 용해열을 대입하여 구한다.)실험에 쓰이는 물질 정보는 다음과 같다.-Indium (MW : 114.808g/mol, mp : 429.7485K, bp : 2345K, ?Hfus : 3281J/mol)-Naphthalene(MW:128.17g/mol, mp:78.2CENTIGRADE , bp : 217.97CENTIGRADE ,?Hfus:18.92kJ/mol, Kf:6.8CENTIGRADE )-p-dichlorobenzene(MW:147.00g/mol,mp:53.5CENTIGRADE ,bp:174CENTIGRADE ,?Hfus:18.14kJ/mol, Kf:7.10CENTIGRADE )3. Experimental Method(1) Indium을 통해 위의 계산 값을 구할 수 있다.(5) hotplate를 이용해 두 물질을 잘 녹여 섞어준다. 흐르는 물에 빠르게 식혀 혼합물 결정을 얻는다.(6) Indium을 reference 팬으로 옮긴 후, 각각의 물질을 sample 팬에 놓고 각각 DSC thermogram을 얻는다. (이 때, pure p-DCB는 30-100CENTIGRADE , pure Naphthalene은 50-100CENTIGRADE , 혼합물은 20-100CENTIGRADE 의 온도구간으로, heating rate은 5CENTIGRADE /min로 설정하여 DSC를 실행한다.)(7) 각각의 thermogram으로부터 melting point temperature를 구하는데, eutectic point인 Teu와 melting point인 Tm을 구해 표로 기록하라.p-DCB 몰분율00.150.20.70.81.0Teu (CENTIGRADE )-31.0531.9230.8731.71-Tm (CENTIGRADE )80.9875.0471.9930.8740.8254.144. Result(1) DSC thermogram158.16CENTIGRADE => Indium80.98CENTIGRADE => Naphthalene 10mg31.05CENTIGRADE 75.04CENTIGRADE => p-dcb 몰분율 0.1531.92CENTIGRADE 71.99CENTIGRADE => p-dcb 몰분율 0.230.87CENTIGRADE => p-dcb 몰분율 0.740.82CENTIGRADE 31.71CENTIGRADE => p-dcb 몰분율 0.854.14CENTIGRADE => p-dcb 10mg(2) thermogram 을 통해 얻은 liquid-solid phase diagramp-DCB 몰분율00.150.20.70.81.0Teu (CENTIGRADE )-31.0531.9230.8731.71-Tm (CENTIGRADE )80.9875.0471.9930.8740.8254.14혼합물 중 최저 녹는점인 epeak area의 적분값을 통해 구한 물질의 융해열(J/mol)을 대입하여 구한다.Naphthalene의k _{f} = {8.314(J/mol BULLET K)`` TIMES (353.98K) ^{2} TIMES 0.12817kg/mol} over {21276J/mol}=6.276p-DCB의k _{f} = {8.314(J/mol BULLET K)`` TIMES (327.14K) ^{2} TIMES 0.147kg/mol} over {25002J/mol}=5.231(5) 혼합물의 활동도계수(γA)Rln gamma _{A} X _{A} `=-D TRIANGLE H _{fus} `(1/T _{m} -1/T)T_{ m}:혼합물의 녹는점(K), T:순수한 상태였을 때의 melting point(K), XA : 물질의 몰분율, R: 8.314J/mol?k, ?Hfus : 순수한 물질의 용해열(J/mol)을 대입하여 구한다.p-DCB몰분율Naphthalene의 γAp-DCB의 γB01-0.151.040-0.21.023-0.7-0.7100.8-0.8461-05. DiscussionDSC 실험을 통해 온도가 변화함에 따른 열의 흐름을 측정하여 물질에 관한 정보를 얻었다. DSC를 통해 standard 물질로 쓰였던 indium과 p-dcb, naphthalene, p-dcb와 naphthalene으로 이루어진 혼합물의 각각의 thermogram을 얻어 해석함으로써 그 정보를 얻을 수 있었다. Thermogram 자체에서 peak area는 melting point를 나타내고, peak area의 적분 값은 융해열을 나타낸다. 순수한 물질의 dsc thermogram은 peak가 하나만 나타났는데, 혼합물의 경우에는 2개의 peak가 나타나는 경우가 있었다. 이는 p-dcb와 naphthalene이 binary system을 이루는 혼합물이기 때문이다. Binary system에서는 특정 온도에서 한 물질은 완전히 녹고 다른 한 물질은 거의 녹지 않는다. 온도가 계속 올라가면 도를 일정하게 유지하기 위해서 DSC에서 Indium으로 전기에너지를 보내면서 열을 공급하였기 때문이다. 즉 이 peak는 melting point임을 알 수 있고, 실제 indium의 조사값 mp와 근사하다. peak에 해당하는 영역은 indium의 융해가 끝날 때까지 흡수한 융해열에 해당한다. 다음 Indium을 reference로 잡고 sample로서 측정한 혼합물의 thermogram을 보면, p-dcb의 몰분율이 0.15,0.2,0.8일 때 두 개의 peak 갖는다. 이는 앞서 설명했듯 binary system 혼합물로 인해 생기는 eutectic temperature와 melting temperature의 차이 때문이다. 하지만, p-dcb의 몰분율이 0.7일 때는 한 개의 peak를 나타내는 것을 알 수 있는데, 이는 eutectic temperature와 melting temperature가 거의 비슷한 것을 뜻하므로, eutectic point는 p-dcb의 몰분율이 0.7 부근일 때 존재함을 알 수 있다. phase diagram에서 Teu와 Tm을 비교해 보았을 때, Tm 그래프에서 보여지는 혼합물의 가장 낮은 녹는점인 eutectic temperature가 평균 Teu의 값과 거의 흡사한 것을 알 수 있다. 또한, phase diagram을 보면 혼합물의 녹는점은 순수한 물질보다 낮아지는 경향을 보인다. 혼합물은 불순물에 의해 순물질의 분자 간 인력이 약해지게 되어, 결정 구조를 이루려는 힘을 약화시킨다. 즉, 고체보다 액체로 존재하려는 경향이 더 크기 때문에 녹는점이 낮아지는 것이다. 분율에 따라 녹는점이 낮아지는 정도가 달라지는데, 이는 물질에 따라 달라지는 어는점 내림 상수와 혼합물의 분율에 따른 각 물질의 활동도 계수 때문이다. 우선, 순물질은 naphthalene과 p-dcb의 어는점 내림 상수는 introduction에서 주어진 ①식에 대입하여 구해보니 각각 6.276, 5.231이 나왔는데, 조사한 값과 비교해보면 p-dcb가다.

공학/기술| 2016.02.16| 9페이지| 2,500원| 조회(500)

DSC, Chemistry, 화학실험기법, 열의 흐름, Physical meth..

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Computational Chemistry with Electronic Structure Methods 평가A+최고예요

Physical Methods in Chemistry 1Experiment 2. Computational Chemistrywith Electronic Structure Methods1. Abstractcomputational chemistry 중에서 ‘Gaussian09’라는 프로그램을 이용하여 electronic structure method를 사용할 것이다. ‘Gaussian09'를 간단하게 하여 편리하고 친숙히 사용하도록 만든 ’Gaussview' 프로그램을 사용하여 3가지 실험을 한다. 이는 슈뢰딩거 방정식을 컴퓨터로 수치상 최대한 근사한 값으로 푸는 것인데, 이를 통해 분자 구조와 화학 결합, 반응 메커니즘과 transition structure를 살펴보려 한다.2. Introductioncomputational chemistry란 화학 반응 메커니즘에 관한 연구로서, chemical system의 분자구조 및 여러 특성을 밝혀내는 것이다. computational chemistry에는 크게 두 가지 영역으로 나뉘는데, 분자 구조와 화학 반응을 연구하는 electronic structure method와 수용액에서 단백질이나 nanoparticles를 포함한 다량의 분자들로 이루어진 액체 또는 고체의 구조와 동역학을 연구하는 molecular mechanics가 있다. 이 중에서 실험에서는 Electronic structure method를 살펴볼 것이다. Electronic structure method는 quantum chemical 원리에 기초하여 원자나 분자를 구성한다. 분자의 에너지, 전자의 분포 등 모든 화학적 특성은 슈뢰딩거 방정식을 품으로써 알 수 있다. 분자 구조와 화학 결합, 반응 메커니즘과 transition structure를 살펴볼 수 있다. (?Ψ=εΨ) 하지만 슈뢰딩거 방정식은 H 또는 He+와 같은 작은 분자를 제외하고는 푸는 것이 불가능하다. 그러므로, 컴퓨터로 수치상 슈뢰딩거 방정식을 최대한 근사한 값으로 풀기위한 방법 있지만, 이것은 안정된 화합물로서의 진동의 자유도가 불안정한 분해 과정으로 변화해 있는 것을 의미한다. 이 때가 transition state를 의미한다.transition state는 vibrational frequency가 negative할 때이고, 이 때의 구조를 바탕으로 IRC/path 계산을 통해 위와 같은 reaction coordinate를 얻을 수 있을 것이다.3. Method1) Experiment1. energy calculation of 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane1. 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane의 stereoisomers 중 RR form과 meso form에 관하여 다음과 같은 계산을 수행한다.-Stereoisomer들 사이의 에너지 차이를 kcal mol-1로 계산하라.-stereoisomer의 Dipole moment 의 크기를 쓰고 그 방향을 각각의 분자 구조 위에 겹쳐서그려보라. (Energy는 hartree단위로 주어지며, 1 hartree=627.51kcal mol-1이다. Dipole moment는 debye 단위로 주어진다.)2. Gaussview를 사용하여 lab에 주어진대로 분자 모델을 구성한다.a. 결합길이 : 1.53 (C-C), 1.76 (C-Cl), 1.37 (C-F), 1.09 (C-H)b. 결합각도 : 109.4 (C-C-Cl), 109.5 (C-C-F), 109.6 (C-C-H)c. dihedral angle : 180. (Cl-C-C-Cl), 60.0 (F-C-C-Cl), 60.1 (H-C-C-Cl)(carbon atom을 고정한 상태에서 맞춰준다)3. gaussian calculation setup을 열어서 다음과 같이 계산 방법을 설정한다.(1) Job Type : Energy(2) Method : Ground state, Hatree-Fock, Restricted(3) Basis Set : 6-31G, d RHF/6-31G(d) 방법을 사용하state 구조를 바탕으로 IRC를 따라 에너지 계산을 수행한다.2. 새로운 molecular group 을 생성하여 새로운 작업창에서 F - CH3 - Cl을 만들고, 각각의 결합길이와 결합 각도들을 다음과 같이 조절하자.a. 결합길이 : 2.20 (C-F), 2.20 (C-Cl), 1.070 (C-H)b. 결합각도 : 120.0 (H-C-H), 90.0 (F-C-H), 90.0 (Cl-C-H)3. Gaussian Calculation Setup-Job Type에서 optimization으로 설정한 후, Optimized to a 부분을 TS(Berny), Calculate Force constant를 always로 선택한다. 그리고 아래 additional keywords에 opt=noeigentest를 입력한다.4. Gaussian Calculation Setup-Method에서 method를 Hartree-Fock로 설정하고 Basis Set을 6-31G, +, d로, Charge와 spin을 각각 -1과 singlet으로 입력한다.5. Submit하여 파일을 저장한 후 transition structure의 구조와 에너지를 기록한다.6. Result-Vibrations를 선택하여 Vibrational Frequency를 확인한다.7. 이 중 negative 값을 가지는 것이 transition structure이며, Start Animation을 눌러 반응 경로를 확인하고 스크린 샷으로 저장한다.8. transition state로부터 IRC를 따라 에너지 계산을 다음과 같이 진행한다. 이 때, 저장한 폴더를 복사하여 복제된 파일로 진행하며, 파일 이름은 바꾸지 않는다.9. 복제된 파일에서 다시 Gaussian Calculation Setup에 들어가서 Job Type은 IRC로 설정하고, additional keyword에 쓰여 있는 것을 지운다. Method는 4번과 같게 설정하고 Guess는 Default로 바꿔준다.9. Submit하여 파일을 536=-375587.32kcal mol-1-598.531=-375584.18781kcal mol-1-598.583=-375616.81833kcal mol-1reaction coordinate-2.5297303.55391활성화 에너지= transition state energy - 반응물 에너지=-375584.18781-(-375587.32)=3.13219kcal mol-15. Discussion첫 번째 실험에서 gaussian 09를 사용하여 stereoisomer 구조에 따른 에너지와 dipole moment를 비교해보았다. stereoisomer는 같은 분자식, 구조식으로 나타나지만, 분자내의 원자 또는 원자단의 공간배치가 다름으로써 생기는 이성질체를 의미한다. 본 실험에서는 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane의 RR form과 meso form을 비교했는데, meso form은 같은 구조의 비대칭 탄소 원자(키랄구조) 2개를 함유하는 광학 이성질체로 result의 structure와 같이 나타나고, RR form은 비대칭 탄소 원자를 중심으로 RS명명법에 따라 위와 같이 나타난다. 분자식이 같아 에너지는 RR form이 -749695.789kcal mol-1, meso form이 -749697.3965kcal mol-1로 비슷하게 나타난다. 하지만 구조가 달라 dipole moment에서 RR form은 2.8370 debye, meso form은 0.0028 debye로 차이가 나타난다. 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane은 카이랄 구조를 갖는 비대칭 탄소 원자에 전기음성도가 큰 F와 Cl이 붙어있어 전자 치우침으로 인한 dipole moment가 생기게 된다. RR form의 dipole moment가 meso form보다 크게 나타나고, meso form의 dipole moment는 거의 0에 가까운 것을 볼 수 있다. RR form은 result의 dipole moment vector 그림에서도 보이듯이것이다. 즉, ethylene의 경우에는 HOMO와 LUMO 오비탈을 비교해보면 pz오비탈의 overlap으로 인하여 탄소간 이중결합의 bonding과 antibonding이 결정되므로, p오비탈의 기여도가 가장 크다고 할 수 있다.formaldehyde의 오비탈은 HOMO와 LUMO 모두 ethylene과 비슷한 양상을 보이는데, LUMO에서는 c와o사이 이중결합에서의 pz오비탈이 서로 overlap 되지 않고 다른 방향으로 진동하게 되므로 antibonding을 형성한다. HOMO에서는 px오비탈이 분자 구조 평면에 수평하게 존재하고, ethylene과는 달리 오비탈끼리 결합하고 있지 않다. 이 역시 결합에서 antibonding이 형성되었음을 알 수 있다. c와 o사이에 px오비탈 간 결합이 존재하진 않지만, 오비탈이 대칭구조가 아니라 치우쳐진 것을 보아 c의 px오비탈과 H의 s오비탈간 overlap으로 bonding이 존재한다고 보여진다.세 번째 실험에서는 Sn2의 가장 대표적인 예로 CH3Cl이 F-에 의해 치환되는 반응을 살펴보았다. transition state에서 transition structure를 최적화하고, IRC를 통해 reaction path를 알아보았다. Sn2 반응은 친핵체가 중심원자에 붙어있던 친전자체의 반대편을 공격함과 동시에 치환이 진행되는 반응이다. 이 때, 친핵체는 분자내 전기적음성도가 매우 강한 원자가 있어 주위에 있는 것보다 전자적 밀도가 높은 분자를 의미한다. 친전자체는 이와 반대로 분자내 원자가 전자의 밀도가 많이 떨어져 원자핵이 외부로부터 많이 노출된 상태의 분자를 의미한다. 즉, 상대적으로 전기적음성도가 큰 원자는 분자내에서 대부분 친핵체로 작용하고, 전기음성도가 작은 원자는 친전자체로 작용한다. 위의 실험에서는 상대적으로 전기음성도가 큰 F가 친핵체로 작용하고 cl이 친전자체로 작용한다. 따라서 F-가 CH3Cl에 결합하여 F-CH3-cl을 이루게 되고, 이 때 중심그룹은 친핵체인 F를 더 선호한다. resu

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Computational, Computational Chemis, Chemi..

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Binding study with Fluorescence Spectroscopy

Physical Methods in Chemistry 1Experiment 1. Binding studywith Fluorescence Spectroscopy1. Abstract1,8-ANS와 b-cd의 결합을 통해 형성되는 형광성 물질인 1,8-ANS?b-cd 착물의 형광 측정을 통해 물질의 농도에 따라 달라지는 형광 흡광도를 알아보고, n-octyl sulfate 첨가 시 변화되는 형광도를 통해 어떤 binding이 형성되는지 알고, 앞서 실험 반응식과 형광도를 통해 결합 정도를 비교해본다. 또한 나아가 두 실험에서 흡광도 측정을 응용한 광측정도를 통해 평형상수를 살펴보도록 한다.2. Introduction다른 종류의 화학종이 결합하면서 본래 물질이 가진 성질과는 또 다른 특성을 갖는 착물이 형성된다. 착물의 특성을 사용하여 각 화학종의 결합 비율에 따른 변화를 알 수 있는데, 이는 흡광도, 형광과 같은 분광학적 방법으로 분리된다. 이 실험에서는 착물이 형성되면 형광이 향상되는 특성을 통해 측정되는 흡광도가 반응 전 물질의 농도와 어떤 관계가 있는지, 또 다른 착물이 형성되도록 새로운 반응 물질을 넣으면 어떤 새로운 binding이 생겨 흡광도에 영향을 미치는지 알 수 있다.분자 내의 공유 결합한 전자 또는 비공유 전자들은 받게 되는 에너지에 따라 에너지 준위가 높은 상태로 되며, 자외선-가시광선 파장의 빛을 받게 될 경우는 바닥상태로부터 들뜬 상태가 된다. 들뜬 전자는 흡수한 빛을 주변 원자에 전달하거나, 내부 전환을 통해 형광을 내거나, intersystem crossing을 거쳐 인광을 내는 방식으로 바닥상태로 내려온다. 실험에서는 전자가 자외선-가시광선(200-700nm) 파장의 빛을 흡수한 다음 바닥상태로 내려올 때, 방출되는 형광을 측정하여 물질을 분석할 것이다. 이러한 방법을 형광분석법이라고 한다. 형광은 분자구조와 밀접한 구조를 갖기 때문에 이러한 분석법이 유용하게 사용되어질 수 있는 것인데, 작은 에너지에 의하여 들뜬 상태를 갖는 작용기를 trin은 대표적인 단분자 host이다. Cycolodextrin은 Bacillus macerans amylase가 전분에 작용하여 얻어지는 glucose의 α-1,4결합 환상체로, 구성하는 glucose 분자 수에 따라 α, β ,γ ? CD로 나뉘어진다. 이 중 beta-cd는 cavity의 크기가 7-8A(internal diameter)이고, 용해도가 다른 CD보다 낮기 때문에 비교적 여러 guest 분자를 포함할 수 있어 실험에 용이하게 쓰인다.b-cd의 분자구조를 살펴보면 왼쪽과 같다. 분자 형태는 도넛 모양으로 외부로 향하는 바깥쪽에는 secondly hydroxy group이 있고 내부로 향하는 바깥쪽에는 primary hydroxyl group이 위치한다. 공동 내부는 C-H와 O가 있어 소수성을 띠므로 수용액 중에서 소수성인 guest분자와 특징적인 포함 복합체를 형성한다. 또한 표면에는 OH기의 존재에 따라 친수성을 가진다. 1,8-ANS는 형광염료의 일종이다. ANS용액의 형광세기는 β-CD의 첨가에 의해 크게 증가하는데 이는 ANS분자가 β-CD와 내포 화합물을 형성하면서 수용액 상으로부터 비극성인 β-CD의 공동 안으로 옮겨가기 때문이다. 따라서, hydrophobic한 1,8-ANS는 b-cd의 내부환과 결합하여 아래와 같이 형광 증대가 일어난다.이 때, ANS와 b-cd는 1:1로 착물을 형성하며 평형상수는 K1과 같이 나타난다. 실험에서 형광분석을 통하여 평형상수를 구할 수 있는데 과정은 다음과 같다.CD + A → CD-A (1)K=[CD-A]/([CD][A])=x/(C0-x)(A0-x) (2)여기서 C0는 CD의 전체농도, A0와 x는 각각ANS의 전체 농도와 형성된 착물의 농도를 나타낸다 C0>>A0 의 조건에서 식(2)는 다시 다음과 같이 쓸 수 있다.K=x/C0(A0-x) (3)그런데 착물 형성에 의한 ANS용액의 형광세기 증가(ΔI)는 내포 화합물의 농도에 비례하므로 식(3)은 다음과 같이 Benesi-Hildebran감소한다. 이는 계면활성제가 β-CD와 착물을 형성하여 결과적으로 ANS-β-CD 착물의 해리가 유도되기 때문이다. 즉, n-octylsulfate는 β-CD와 착물을 형성하여 ANS와 β-CD의 결합을 막아 형광을 감소시키는 역할을 한다.평형상수 K2는 위와 같이 나타나고, 첫 번째 실험의 K1에 비해 매우 크기 때문에, OS?b-cd결합이 생기며, 실험에서 unreacted b-cd와 reacted b-cd의 농도의 비율과 OS의 농도를 통하여 K2를 구한다.즉, 실험에서는 b-cd와 OS의 농도에 따라 달라지는 형광도를 통해 binding의 변화를 알아보고, 평형상수를 비교하여 각 화학종간의 결합세기를 비교해볼 수 있을 것이다.3. Method(1) 1,8-ANS와 b-CD 결합①다음과 같은 방법으로 1.0*10-5M 1,8-ANS (MW:299.344g/㏖) 100ml 수용액을 준비한다.계산식) 1M=299.344g/ℓ1.0*10-5M=0.0030g/ℓ=0.00030g/100㎖100㎖ 부피 플라스크에 1,8-ANS 0.00030g을 넣고 H2O를 100㎖ 눈금선까지 붓는다.② 다음과 같은 방법으로 ①용액을 용매로 하는 10*10-3M b-CD (MW:1134.997g/mol) 50ml 용액을 준비한다.계산식) 1M=1134.997g/L10*10-3mol/L*0.05L*1134.997g/mol=0.56749g50ml 부피 플라스크에 0.5675g b-CD를 넣고 ①용액을 50ml 눈금선까지 붓는다.③ 위에서 만든 용액을 다음 표와 같이 혼합하여 각 용액이 총 5ml가 되도록 만든다.1,8-ANS부피(mL)54.543210b-cd부피(mL)00.512345b-cd농도(mM)01246810b-cd농도 계산) b-cd의 부피가 xmL인 경우 농도 ={0.01M TIMES x TIMES 10 ^{-3} L(b-cd`몰`수)} over {0.005L(용액부피)}④ 각 sample을 1cm의 cell에 넣고, 25℃ 온도, 350nm EX wavelength로 40여 각 용액이 총 5ml가 되도록 만든다.(1)-②용액부피(mL)54.543210n-OS부피(mL)00.512345n-OS농도(mM)01246810n-OS농도 계산은 (1)-③의 과정과 같다.③ 각 sample을 1cm의 cell에 넣고, 25℃ 온도, 350nm EX wavelength로 400-600nm범위 빛의 파장에서 7개 sample의 형광을 측정한다.④ unreacted b-CD와 reacted b-CD의 농도를 구하라. n-OS의 농도에 따른 reacted/unreacted(free) b-CD의 비율을 plot하여 나타내고 K2값을 구하라.4. Result[β-CD] (mM)실험1의 ΔIΔI/[b-CD]16.356.35210.3725.186420.155.037620.4823.414841.8025.2251054.7325.473(1) 1,8-ANS와 b-CD 결합?I=Imax-I0로 구한다.각 그래프의 peak의 광측정도에서 0ml일때의 최대 광측정도를 빼서 구하도록 한다.?I측정시 파장=500.14nm각 sample 그래프를 모아보면 위와 같은 양상을 띤다.Introduction에서 언급한ΔI/[b-cd]=ΔI∞K-KΔI 식에서ΔI=x,ΔI/[b-cd]=y로 놓고 data를 plot시키면y=-0.002x+5.165가 나오므로평형상수K1=0.002,ΔI∞=5.165/0.002=2582.5(2) 1,8-ANS·b-CD와 n-OS 결합[OS] (mM)실험2의 ΔIfree [β-CD] (mM)[β-CD-OS](mM)[β-CD-OS]/free[β-CD]148.779.6250.3750.0390246.219.1090.8910.0978437.147.2962.7040.3706628.315.5424.4580.8044820.113.9246.0761.54841015.823.1436.8572.1817ΔI 측정시 파장=499.14nm각 sample 그래프를 모아보면 위와 같은 양상을 띤다.K2=0.2415. discussion첫 번째 실험에서의 광측정도(?I)는 그래프의 px+5.165가 나오므로 평형상수K1=0.002, ΔI∞=5.165/0.002=2582.5 임을 알 수 있다.광 측정도를 한데 모아 변화 양상을 살펴보니, [b-CD]의 농도가 높아짐에 따라 광측정도가 증가하는 양상을 살펴볼 수 있다. 이는 앞서 introduction에서 말했듯, guest와 host 반응에 따라 복합체가 형성되며 형광증대가 일어났기 때문임을 알 수 있다. data를 plot했을 때,ΔI/[b-CD]가 감소하는 양상을 보여, 기울기가 음수로 얻어진다. 이 때 얻어지는 기울기의 크기는 평형상수의 크기이다. 측정된 광측정도는 전체적으로 낮은 수치를 가지며, ΔI/[b-CD]의 감소하는 정도가 일정하지 않아 평균기울기를 나타내는 평형상수도 매우 적게 나오는 것을 볼 수 있다. 그 이유는 용액에 들어가는 형광염료인 1,8-ANS의 양이 0.0003g으로 매우 미세한 양이기 때문에, 용액을 만드는 과정에서 농도상의 오차가 있었기 때문이라고 보여진다. 또는 용액을 혼합하여 sample을 만드는 과정에서도 농도의 수치상 오차가 발생하였을 수도 있다. 농도상의 오차로 인해 광측정도에도 오차가 있었던 것으로 보여진다.두 번째 실험에서는 첫 번째 실험에서 구한 K1과 ΔI∞, 다음의 식들을 사용하여 구한다.[ANS]total=[ANS]eq+[ANS·b-CD]eq (1)[b-CD]total=[b-cd]eq+[ANS·b-CD]eq+[OS·b-CD]eq(2)[OS]total=[os]eq+[os·b-CD]eq(3)K1과 ΔI∞를 통해 [b-cd]eq+[ANS·b-CD]eq를 구한 후, (2)의 식에서 [OS·b-CD]eq를 구한다. 이후, (3)의 식에서 [OS]total은 0.01M이므로 구한 [OS·b-CD]eq를 빼서 [os]eq를 구한다. 이렇게 값을 구하려면, 계산이 복잡해지기 때문에 비교적 간단한 과정을 제시해보려 한다.{TRIANGLE I} over {[b-CD] _{eq}} = TRIANGLE I _{INF } K _{1} -K _{1} TRIANGLE다.

공학/기술| 2016.02.16| 8페이지| 2,500원| 조회(324)

Fluorescence Spectro, Chemistry, 화학실험기법, Ph..

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