[일반화학실험] 화학반응속도 – 식용색소와 표백제의 반응 예비보고서

소개글

[일반화학실험] 화학반응속도 – 식용색소와 표백제의 반응 예비보고서 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목표
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1. Beer 법칙에 따라 흡광도를 측정하여 식용색소(청색 1호)와 가정용 표백제에 포함되어 있는
사이의 반응 속도를 알아본다.


이론
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(1) 화학반응속도론

(2) 속도

(3) 반응속도

(4) 반응차수 / 반응속도상수 / 유도속도상수

(5) 속도법칙 (rate law)

(6) 미분속도법칙 / 적분속도법칙

(7) 흡광도

(8) 투과도

(9) Beer 법칙


(10) 실험 방법 원리 및 결과 예측


Part Ⅰ : 색소 용액의 흡수 스펙트럼

Part Ⅱ : 반응속도


실험 전 예비보고서
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1. 다음의 시약들의 물리, 화학적 성질과 안전 관련 사항을 조사하라.

sodium hypochlorite
식용색소, 청색 1호


2. 화학 반응의 반응속도가 다음과 같이 반응물 A의 농도에 의존할 때,

이 반응은 n 차 반응(n-th order reaction)이라 하며, 이때의 n을 반응차수(reaction order)라 한다. n = 1 인 경우에 대하여 위의 미분속도법칙(differential rate law)으로부터 적분속도법칙(integrated rate law)을 유도하라.



3. 흡광도(absorbance)란 무엇인가? 흡광도가 1 만큼 증가했다면, 투과도(transmittance)는
얼마나 변한 것인가?

4. MnO4 - 이온이 포함되어 있는 시료 용액이 100.0 mL 있다. 이 용액의 일부를 취하여
흡광도를 측정하였더니, A = 0.780 이었다. 시료 용액 100.0 mL에 들어 있는 이온의
몰(mole) 수를 구하라. 사용한 큐벳의 경로길이(path length)는 1.00 cm 이고, 이온의
몰흡광계수는 ε = 2.48 × M-1 cm-1 이다.



기구 및 시약
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(1) 기구 설명

(2) 시약 설명





실험 방법
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본문내용

실험이 끝난 후, 스포이드를 깨끗하게 세척한다.
피펫 사용 전 세척 후 남아 있는 물을 모두 닦고, 증발시킨다.
피펫에 피펫 필러를 끼우고 A를 누른 상태로 구를 눌러 공기를 뺀다.
측정 전, 측정을 원하는 액체를 소량 빨아 올려 피펫 내벽에 남아있는 물을 씻는 과정을 2~3회 반복한다.
S를 눌러 용액을 표선보다 조금 위까지 빨아올린다. 이후 표선과 눈의 높이를 수평으로 하고 S와 E를 적당히 조절하여 원하는 양을 피펫에 채운다.
피펫의 끝을 벽으로 하여 액체가 벽을 타고 내려가도록 한다.
피펫에 슬라이드 필러를 꼽는다.
액체를 채우기 위해 상단의 톱니바퀴를 아래쪽으로 굴린다.
반대로 용액의 양을 조절하기 위해 액체를 빼기 위해서는 톱니바퀴를 위쪽으로 굴린다.
이후, plunger을 눌러 용액을 내보낸다.
필요한 양에 맞는 피펫을 선택한 다음에 피펫의 ‘Volume adjustment knob’를 돌리면서 원하는 양으로 조정한다.
피펫의 끝에 멸균된 피펫 팁을 꽂는다.
1st stop까지 피펫의 푸시버튼을 천천히 누른 상태로 채취한 시료 용액에 피펫 팁을 담근 후, 원 위치까지 버튼을 천천히 올린다.
용액을 옮길 용기에 1st stop까지 피펫의 푸시버튼을 눌러 용액을 분배한다.
팁에 남아있는 용액을 2nd stop까지 푸시 버튼을 눌러 남아 있는 시료를 빼낸 다음 피펫의 위쪽에 있는 Tip ejection 버튼을 눌러 피펫 팁을 분리한다.
비커
물질 반응이나 혼합시킬 때 주로 사용한다. 가열, 냉각, 중탕 등에 사용하기도 한다.
액체의 양이 눈금을 넘지 않도록 한다.
차갑거나 뜨거운 액체를 다룰 시에는 장갑을 끼고 비커를 사용한다.
폭발성 물질을 옮기는 경우에는 유리 막대를 따라 흐르도록 한다.
가열 시에는 불꽃이 직접적으로 비커에 닿지 않도록 한다.
실험 후 세척제로 세척한 후 완전히 말린 후 재사용 한다.
일회용 주사기
액체를 옮길 때 주로 사용한다.
주사기의 피스톤을 당겨 액체를 흡입한다.
옮길 곳에 주사기의 피스톤을 눌러 액체를 옮긴다.
(2) 시약 설명
명칭
분자식
구조
분자량
(g/mol)
밀도
()
끓는점
(℃)
녹는점
(℃)
특징
(색,
상태,
냄새)
위험성 및 주의사항
식용색소, 청색 1호
792.84
N/A
N/A
283
청색, 고체분말, 무취
식용으로서 섭취 가능함.
독성이 없음.
sodium hypochlorite
NaOCl
74.44
1.11
40
-20
노란색, 액체
가열 시, 용기 폭발 가능성 존재.
가연성 물질, 환원성 물질, 열, 금속을 피해야 함.
실험 방법
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Part Ⅰ : 색소 용액의 흡수 스펙트럼
1. 분광광도계와 컴퓨터를 USB 케이블로 연결한다. 분광광도계의 광원을 키고 ~15분 이상
안정화한다.
2. 두 개의 큐벳을 준비하여 하나에는 증류수를 담고, 다른 하나에는 준비된 색소(청색 1 호)
용액을 담는다. 큐벳에 증류수나 색소 용액을 담을 때는 가득 채우지 말고 약 2/3 정도만
채운다.
3. SV2100 사용법의 ‘1. 흡수 스펙트럼 측정’ 절차에 의하여 증류수를 ‘Reference’로 하여 색소
용액의 흡수 스펙트럼을 얻는다 (파장 범위는 400 ~ 800 nm). λmax는 얼마인가? λmax에서
흡광도는 얼마인가?
4. Beer 법칙이 적용되는 것으로 가정하고, 색소 용액을 묽혀서 λmax에서의 흡광도가 ~0.8이
되게 하려고 한다. 묽힌 용액의 최종 부피를 20 mL로 하려면, 색소 용액을 몇 mL 취하여
묽혀야 하는지 계산한다. (흡광도를 정확히 0.8으로 맞출 필요는 없다.)
5. 앞의 계산 결과에 따라, 피펫으로 색소 용액을 일정 부피만큼 취하여 20 mL 부피
플라스크로 옮기고 눈금까지 증류수로 채운다. 부피플라스크의 마개를 한 후, 용액이 완전히
섞이도록 잘 흔들어 준다.
6. 앞에서와 같은 방법으로 묽힌 색소 용액의 흡수 스펙트럼을 얻는다.
7. 묽힌 색소 용액은 Part II에서 계속 사용할 것이므로 그대로 보관한다.
Part Ⅱ : 반응속도
1. 3 개의 깨끗한 50 mL 비커를 준비하여, 각 각의 비커에 묽힌 색소 용액 ~20mL, 증류수
~10 mL, 표백제 용액을 ~10 mL 정도를 담는다. (표백제를 담은 비커는 덮개를 해 놓도록
한다.)
2. 3 개의 주사기에 각 각 ‘색소’, ‘증류수’, ‘표백제’로 표시한다.
3. 두 개의 깨끗한 큐벳을 준비한다. 만약 사용했던 큐벳이라면, 증류수로 깨끗이 세척하고
물기를 제거한 후 사용한다.
4. 일정한 시간 간격으로 λmax에서의 흡광도를 모니터링하기 위하여, SV2100 사용법의 ‘3.
Time Series 측정’에서 절차 1 ~ 6 까지 실행한다. 이때 데이터를 얻는 시간
간격(frequency)은 5 초, 데이터를 얻는 총 시간(duration)은 20 분으로 하라. 그리고
흡광도를 모니터링 하는 파장에는 λmax의 파장(nm)을 입력한다.
5. 주사기를 사용하여 큐벳에 Part I에서 준비한 묽힌 색소 용액 1.0 mL와 증류수 1.5 mL를
가하고 잘 섞는다.
6. 준비가 되면 ‘표백제’용주사기를 사용하여 큐벳에 표백제 0.5 mL을 가하고 재빠르게 섞은
후 (이때 기포가 생기지 않도록 주의), 큐벳을 Sample Holder에 넣고 화면에서 ‘Start’ 버튼을
클릭하여 데이터 수집을 시작한다. (표백제를 가하고 ‘Start’ 버튼을 누를 때까지 가능한 빠른
시간(~3 초 이내) 내에 끝내야 한다.)
7. λmax에서 흡광도가 0.02 이하가 되면 ‘Stop’ 버튼을 클릭하여 데이터 수집을 중단 한다.
(흡광도가 0.02 이하가 되면 바로 ‘Stop’ 버튼을 누르지 말고, 흡광도가 0.02 이하인 데이터를
4 ~ 5 개 얻은 후 중단한다.)
8. 아래의 표에 있는 No. 2 ~ 5의 시료들에 대해서도 같은 방법으로 반응속도 데이터를
수집한다. 단, 시료 No. 4와 5에 대해서는 데이터를 얻는 시간 간격(frequency)은 2 초,
데이터를 얻는 총 시간(duration)은 15 분으로 하고, 흡광도가 0.03 이하가 되면 데이터
수집을 중단한다.

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