기체상태에서의 di-tert-butyl peroxide의 분해반응식

목차

I. 서 론

II. 실 험

III. 데이터 분석

본문내용

진공이 새는 부분이 없는지 검사한다.
④ 질소기체 tank로부터 inlet C에 연결하고 system 내부에 질소를 몇 번 흘려준다. 이 과정에서 전체 system의 압력은 약 700 mmHg가 되도록 한다.
⑤ 주사기를 사용하여 적절한 양의 수은을 반응용기의 teflon stopcock 위 부분에 담는다. "U"자 관 내부로 공기가 섞이지 않도록 조심히 흘려 넣는다. "U"자 관에 채워지는 수은의 부피는 1 cc 주사기를 사용하여 "U"자 관의 50%정도를 채우는 과정에서 알 수 있다. 적절한 양을 조교한테 물어볼 것! 보통, "U"자 관 내부로 수은이 흘러 들어갈 때 모세관 안에 수은의 끊김이 발생한다. 이 수은의 끊김을 제거하기 위하여 반응용기 전체를 뒤쪽으로 약간 눠히고 "U"자 관이 약간 위로 오도록 기울인 상태에서 system 내의 진공상태를 이용하여 teflon stopcock과 "U"자 사이의 큰 튜브 사이로 조심스럽게 수은을 끌어당긴다. 펌핑 과정에서 전체 system 내의 질소 압력이 실온에서 약 250 mmHg가 되도록 유지할 것. 반응용기를 똑바로 세워 수은이 모세관 내로 흘러 들어가도록 한다. 만약 다시 수은이 끊어진다면 과정을 반복한다.
⑥ 반응용기를 미리 적당한 온도로 예열된 열증탕에 담그고, 반응 용기를 안전하게 고정하고, 열중탕조를 몇 겹의 알루미늄 호일로 덮어 추가로 단열이 잘 되도록 한다. 수조의 용액이 반응구의 입구 쪽 모세관을 충분히 덮을 정도로 하되 serum bottle stopper에는 닿지 않도록 주의한다.
⑦ 반응용기가 수조의 온도에 이르는 동안 질소 주입 line를 닫는다.
⑧ 진공 펌프를 주의 깊게 사용하여 "U"자 관내의 수은이 오른 쪽이 왼쪽보다 약 2-3 cm 높아지도록 한다. 그 후, "U"자 관의 수은의 높이가 같아지도록 C의 needle valve를 이용하여 manifold 내부로 공기를 주입한다. 이때 open-end manometer(A)의 각 수은주의 높이를 읽고 기록한다. 반응용기 내부를 포함한 system의 압력은 기압계 압력(대기압)에서 manometer 값의 차이를 뺀 것과 같다.
⑨ 일단 열적 평형과 압력평형이 이루어지면, 그림 5.2의 C를 통해 조심스럽게 system 내부에 질소를 주입하여 "U"자 관 내부(왼쪽) 수은주의 높이를 몇 cm 높게 한다. 이때 외부(오른쪽) 수은주가 "U"자 관 밑까지 떨어지지 않도록 주의하여야한다.
⑩ 무게가 측정된 di-tert-butyl peroxide(약 0.32 cc)를 주사기로 고무 격막을 통해 반응 용기 내부로 주입한다. 주입한 시료의 무게는 시료 주입 전의 무게와 주입 후의 무게로부터 구한다.
⑪ 재빨리 "U"자 관 내부의 수은주의 높이가 같아지도록 조심스럽게 system 내부에 공기를 주입하고 압력과 시간을 측정한다. 이후 75분동안 약 10∼15초 간격으로 압력과 시간을 측정한다.
⑫ 반응용기를 일정 온도로 유지하며 150분 이상 측정을 계속하여
P_ INF
를 측정한다. 측정이 완료되면, 전체 system을 천천히 진공 시킨다. "U"자 관의 수은을 filter-flask trap에 비운다.
⑬ 공기 주입구의 needle valve를 열고 전 system의 압력이 대기압과 같아지도록 서서히 공기를 주입하고, trap을 분리하여 oven에서 건조시키고, 부대 장치를 정리한다.
III. 데이터 분석
반응용기 내부로 주사되는 시료는 실온이므로 반응용기와 열적 평형을 이루도록 하여야 하며, 이 동안에는 식 (5)와 같은 관계를 갖지 않는다. 또한 이 동안에도 반응물의 분해는 일어나므로 계산에 있어 약간의 손실이 있을 수 있다. 그러나 일단 반응온도에 도달하면 반응물의 분해는 식(5)를 따르고 반응속도 상수 k를 결정하는데 이용할 수 있다.
① 이상기체 법칙을 이용하여 반응용기의 부피와 온도, 시료의 분자량과 무게로부터 반응물의 초기압력
P^0
(net)을 결정하고 이 값이 반응물이 반응용기에 주입된 후 일어나는 압력상승과 반대임을 확인한다.
② 시료를 주입하기 전의 system 내의 nitrogen 압력을
P_x^0
로 한다. 이
P_x^0
와 이상기체 법칙으로부터 계산된
P^0
(net)로부터
P_t^0
를 결정한다. 초기 가열 과정이 있으므로 이 값은 시료를 주사할 때의 system의 전체압력과는 다르지만 식 (5)에 사용하기 위해 P(net) (=
P_t - P_t^0
)를 계산하는데 사용한다.
③ P(net)값이 결정되면 식 (5)의 ln값을 계산한다. 이 값들을 시간에 따라 도시하여라. 시료를 주입하고 초기 10 -15 분간의 측정값은 무시될 수 있다. 데이터 포인트들을 통과하는 최상의 직선으로부터 기울기를 구하고(최소자승법을 이용하여 구할 수도 있음), 속도상수 k와
t_0
를 확인한다. 여기서
t_0
는 초기 가열시간의 영향으로 시료주입후의 시간과 정확히 일치하지는 않는다.
④ 반응이 완결된 후의 압력
P_ INF
를 구하여 초기 nitrogen 압력
P_x^0
와 함께 식 (7)과 (8)로부터
P_t^0
와
P^0
(net)을 구한다. 이 값들이 앞의 이상기체 법칙에 의해 계산된 값과 일치하는지 검토한다. 실험이 알맞게 완료되었다면 잘 일치할 것이다.
⑤ 반응속도 상수 k와
t_0
가 얻어졌으면, 시료 주입 후 계산된 전체압력
P_t
대 시간의 그래프를 그리고, 식 (5)의 ln값 대 시간의 그래프를 그린다. 만약
P_ INF
값을 얻을 만큼 반응이 충분히 길다면,
ln (P_ INF -P_t )
대 t 의 그림은 기울기가 (-k/2.303)인 직선을 나타내야 한다.
참고문헌
1. H. D. Crockford, H. W. Baird, J. W. Nowell and F. W. Getzen, Laboratory Manual of Physical Chemistry, Second Edition, Chapter 30.
2. P. W. Atkins, Physical Chemistry, Sixth Edition, Oxford University Press, Oxford, Chapter 25, 1998.

키워드

기체상태,   분해반응식,   Di-tert-butyl peroxide,   농도,   반응물질,   부분압력