평형상수결정-지시약의 산 해리상수

목차

I. 서 론

II. 실 험


실험장치 :

시약 :

실험과정 :

이 실험은 상온에서 좋은 결과를 얻을 수 있으며 평형상수의 온도의존도에 대한 연구에 대해서는 온도 조절 장치가 부착된 분광기에서 수행할 수 있다.

III. 데이터 분석

본문내용

`)}
(8)
여기서 Q는 다음과 같다.
Q ~=~ lim_b→0 ``(`x over b`)
요약하면, 역반응에 대한 AB의 해리상수는
K_d ~=~ 1`/`K_eq
로 주어진다. 따라서 평형상수는 반응물 A의 알려진 농도에 대해 A'의 극한값과 반응물과 생성물에 대한
a_1 ,``a_2 ,``a_3
의 상수 값들로부터 계산되어진다.
상수
a_1
나
a_3
중 어느 하나를 알지 못하거나 직접 측정할 수 없다면 식 (5)와 (8)을 변환한 식을 통해 계산될 수 있다.
a over {A' `-` a_2 `} ~=~ 1 over {M`K_eq} ~+~ 1 over {M`a}
(9)
여기서,
M ~=~ (` a_3 `-` a_1 `-` a_2 `)
(10)
이다. 여기서
A' ~=~ lim_b→0 ``(`A_{n e t} `/` b)
일 때
[`a `/`(` A' `-` a_2 `)`]
대 A의 농도를 도시하면 직선이 얻어진다. 이 직선의 기울기는
1/M
에 대한 것이고, 알지 못하는
a_1
이나
a_3
의 값을 절편으로부터 알아낼 수 있으며, 기울기에 대입하면 평형상수
K_eq
를 구할 수 있다.
여기서,
a_1 ,``a_2 ,``a_3
값들이 모두 알려져 있을 때 평형상수는 반응물 A에 대한 하나의 농도 값에 의하여 결정됨을 식 (8), (9), (10)으로 알 수 있다. 반면, 한 화학종의 흡수도 계수가 알려져 있지 않거나 혹은 직접 측정할 수 없다면 A'는 평형상수를 측정하기 위해 적어도 반응물 A의 서로 다른 두 개의 농도에 의하여 얻어야만 한다. 더욱이 식 (8)을 이용하여 평형상수를 결정할 경우 A의 농도가 거의
1`/`K_eq
의 값과 거의 같을 때 정확도가 크다.
이번 실험에서는 약산 지시약인 메틸 오렌지(methyl orange)의 산해리상수를 결정하는 것이다. 반응(2)의 역반응은
rm HM ~=~ H^+ ~+~ M^-
(11)
이고, 이때 산해리상수는 식 (8)에 의하여
K_eq
의 역수로 주어진다. 또한 여기서
rm H^+
는 반응물 A에 대응된다. 이 반응물 (
rm H^+
)의 흡광도는 가시광선 영역에서는 '0'이다. 따라서
a_1
= 0, 다른 두 흡광계수
a_2 ,``a_3
는
rm M^-
이 존재하지 않는 강산용액에서 그리고
rm HM
이 존재하지 않는 강염기 용액에서 흡광도를 측정함으로써 얻을 수 있다.
rm H^+
농도는 pH 단위로 표현되기 때문에 평형상수에 대한 식 (8)을 log로 취하는 것이 좋다.
log_10 ``K_d ~=~ log_10 ``left ( {1 `-` Q `} over Q `right) ~-~ pH
(12)
여기서,
left[{`(`1 `-` Q `)} over Q right] ~=~ {(`a_3 `-` A' `)} over {(`A' `-` a_2 `)}
(13)
a_2
는 음이온
rm M^-
에 대한 흡광계수,
a_3
는 해리되지 않은
rm HM
의 흡광계수이다.
II. 실 험
실험장치 :
spectrophotometer(spectromicR 20) Test tubes(cuvettes)
Test tube Corks
시약 :
Methyl orange indicator 0.2M HCl 200 mL
0.2M NaOH 200mL
Buffer solutions(pH 3, 3.5, 4)
실험과정 :
이 실험은 상온에서 좋은 결과를 얻을 수 있으며 평형상수의 온도의존도에 대한 연구에 대해서는 온도 조절 장치가 부착된 분광기에서 수행할 수 있다.
① 다음과 같이 메틸 오렌지 지시약 표준용액을 제조한다.
( methyl orange 0.5 g + 200 mL ethanol + 증류수로 500 mL되게 묽힘.)
② 표 4.1을 보고 다음과 같이 pH 2.5 - 5.5사이의 완충 용액을 만든다.
(pH 2.5 - 5.5 : 0.1 M potassium hydrogen phthalate, 0.1 M HCl, 0.1 M NaOH를 혼합하여 완충 용액 200 mL를 만들어라.)
③ 0.2 M HCl 10 mL (
a_2
)와 0.2 M NaOH 10 mL (
a_3
) 에 각각 메틸 오렌지 용액을 한 방울 떨어뜨려 340 - 600 nm 범위에서 흡광도를 측정한다.
④ 측정된 흡광도로 부터 두 흡광도 차이가 최대를 보이는 파장을 선택한다. 해리상수 결정 실험에서
a_2
와
a_3
간에 흡수도가 최대 차이가 나타나는 파장을 선택하여 이 파장에서 모든 실험을 해야 한다.
⑤ 선택된 파장에서 준비된 각각의 완충 용액과 0.2 M HCl, 0.2 M NaOH 용액을 이용하여 표 4.2처럼 메틸 오렌지의 농도를 줄여가면서 흡광도를 측정한다.
표 4.1 완충용액 제조.
pH
0.1 M Potassium
Hydrogen Phthalate(mL)
0.1M HCl (mL)
0.1M NaOH (mL)
2.5
112.6
87.4
3.0
138.3
61.7
3.5
171.8
28.2
4.0
196.6
0.4
4.5
170.4
29.6
5.0
137.7
62.2
5.5
115.5
84.5
표 4.2 시료 제조
Test Tube
1
2
3
4
5
6
용 액
(mL)
20
20
20
20
20
20
메틸 오렌지
(mL)
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.10
증류수
(mL)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
1.10
III. 데이터 분석
① 각 용액마다 흡광도, 메틸 오렌지 mL, mL/흡광도 자료의 표를 작성하여라.
②
a_2
,
a_3
값을 0.2 M NaOH 와 0.2 M HCl 자료로부터 메틸 오렌지 mL 대 mL/흡광도 그래프를 그려서 그 절편값으로 부터 얻는다.
③ 각 완충 용액에 대해 역시메틸 오렌지 mL 대 mL/흡광도 그래프를 작성하여 그 절편값으로부터 A'값을 얻는다.
④ 위 식 (12)으로부터
K_d
값을 구한다.
참고문헌
1. H. D. Crockford, H. W. Baird, J. W. Nowell and F. W. Getzen, Laboratory Manual of Physical Chemistry, Second Edition, Chapter 17.

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