평형상수의 결정

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평형상수의 결정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목적

1.이론

2.실험기구 및 시약

3.실험방법

4.실험결과

5.고찰

6.결론

7.참고문헌

본문내용

5/흡광도
1.4851
1.7045
2.5000
3.9474
1.6854
37.500
0.20/흡광도
1.5385
1.6949
2.1978
3.7037
1.4084
33.333
0.25/흡광도
1.4535
2.0492
2.1930
3.4246
1.3966
35.714
평형상수 구하기
완충용액 직선의 식
pH2.59
y=-2.1348x+1.9336
pH3.15
y=-0.0006x+1.8914
pH3.69
y=-3.1426x+2.8923
pH4.37
y=-2.279x+4.1262
0.2M HCl
y=-0.3778x+1.5387
0.2M NaOH
y=42.856x+26.548
용액
절편
1/절편=A'
(1-Q/Q)
logKd
pKd
pH2.55
1.9336
0.5172
3.6136
-1.99
1.99
pH3.08
1.8914
0.5287
4.0514
-2.47
2.47
pH3.68
2.8923
0.3457
1.0126
-3.67
3.67
pH4.17
4.1262
0.2424
0.5024
-4.47
4.47
0.2M HCl
1.5387
0.6499=a2
.
.
.
0.2M NaOH
26.548
0.03767=a3
.
.
.
계산식
,
pH2.59



pkd의 평균

오차
메틸오렌지 평형상수 문헌값 : 3.40

Ⅴ. 고찰
이번 실험은 ‘평형상수의 결정’으로 물감지시약의 산해리 상수를 결정하는 실험이었다. 산 해리 상수는 산의 이온화 평형의 평형상수이며, 산의 세기를 나타내는 척도로 산 이온화 상수라고도 한다. 여기서 산 해리 상수의 값이 클수록 이온화가 잘 되는 것이므로 이를 센산이라고 하고, Ka 값만 비교하면 된다. 이온화가 여러 단계로 일어나는 경우에는 각 단계마다 산 해리 상수를 나타낼 수 있다. 이 실험에 쓰인 물감지시약은 메틸오렌지로 이러한 물감지시약은 산과 염기의 반응으로 pH에 따라 서로 다른 색과 흡광도를 보여 준다. 여기에서 얻어진 흡광도를 그래프로 도시하면 산해리상수를 구할 수 있다.
먼저 0.2M HCl과 0.2M NaOH용액을 이용하여 최대 흡광도 차이가 나는 파장을 측정한다. 결과에서의 그래프를 보면 500nm에서 흡광도의 차이가 가장 많이 나는 것을 볼 수 있으므로 이 파장을 선택한다. 최대 흡광도 파장을 구하는 이유는 최대 흡광도 파장일 때 가장 흡광도가 변동이 적고 안정하게 나올 수 있기 때문이다. 이렇게 선택된 파장에서 조건을 다르게 하여 만들어 놓은 시약들의 흡광도를 측정하고, 측정된 흡광도로 의 값을 구하여 그래프를 그린다. 그래프는 결과에 도시하였다. 다음으로 그래프의 식을 구하여 y절편을 알아내고, 그 값에 역수를 취해주면 몰흡광계수 x 빛의 길이에 해당하는 값을 구할 수 있다.
메틸 오렌지의 산 해리 반응을 간단히 표현하면 HM H++M-이다. pH마다 이온화된 정도가 다르기 때문에 흡광도 값이 다르게 나오게 된다. 여기서 HM과 M-의 몰 흡광계수 빛이 지나간 길이를 각각 a3, a2로 나타내는데 이 때 a3는 강산성에서, a2는 강염기에서 측정한다. a3를 강산성에서 측정하는 이유는 산이 과량으로 존재하여 역반응이 진행되면 HM이 과량 생기게 되고, H+와M-는 무시할 수 있을 정도의 수치만이 존재하게 되기 때문이다. a2를 강염기성에서 측정하는 이유도 이와 같다. 이 값들은 HCl 직선의 식 절편과 NaOH 직선의 식 절편에서 구할 수 있다. 이렇게 해서 구해진 값 또한 결과에 나타내었다. 마지막으로 평형상수를 구하기 위해 값을 구하고, 의 식에 대입하면 pKd를 구할 수 있다. 이렇게 실험으로 구한 pKd값의 평균을 내보면 pKd = 3.15이다. 메틸오렌지의 pKd 문헌 값은 3.40이므로 상대오차를 구하였더니 7.35%가 나왔다. 이렇게 오차가 생긴 이유는 평형상수는 온도에 영향을 받는데 실험에서 사용한 분광광도계는 일정온도 조절장치가 달린 분광광도계가 아닌 일반 분광광도계를 사용하여 흡광도를 정확히 읽지 못하였고, 눈금을 읽을 때 소수점을 육안으로 판별하여 읽었기 때문에 오차가 생겼다.
Ⅵ. 결론
지시약으로 쓰이는 메틸오렌지(Methyl Orange)는 수용액에서 약산으로 작용하여 부분적으로 해리한다. 이것을 물감지시약으로 하여 각 pH마다의 흡광도를 재고, 그 흡광도를 재서 평형상수를 구하는 것이 이 실험이다. 각각의 pH용액 그래프와 0.2MHCl, NaOH 그래프에서 y절편을 구하여 A'과 a2(=0.6499), a3(=0.03767)를 구한다. 구한 값을 이용하여 와 logKd, 그리고 평형상수(pKd) 값 4개를 구할 수 있다. 우리 조에서 나온 평형상수 값은 pH2.55에서 1.99, pH3.08에서 2.47, pH3.68에서 3.67, pH4.17에서 4.47이였다. 이 4개의 값들을 평균을 내어보니 평형상수는 3.15였고, 이 평균값을 이용하여 문헌값(3.40)과 상대오차를 계산하였더니 7.35%가 나왔다.
우리는 이 실험을 통하여 산해리 상수와 평형상수의 역수관계, 흡광도와 평형상수와의 관계를 알 수 있다. 또한 이 실험에서 구한 평형상수가 어떻게 쓰이는 지를 예상할 수 있다. 일반적으로 평형상수를 구하는 식은 다음과 같다.
평형상수를 이용하여 실험적으로 두 개의 농도를 알았을 때 나머지 농도를 알 수 있다. 여기에 pKa알게 되면 각 용액에 대한 산성도를 알 수 있고, 그를 이용해 반응 시 어느 정도의 산성도를 가진, 혹은 염기성도를 가진 용액을 쓸 지 알 수 있다. 또 실험에서 알아본 지시약의 평형상수는 특별하게 쓰일 수 있다. 지시약은 화학반응에 있어서 일정한 상태를 판별하는 데 사용되는 시약이다. 특히 산염기 적정에 많이 사용이 되는데 이런 산적정을 위한 지시약은 상당히 많고, 산염기 적정에서의 적정점은 용액에 따라 pH범위가 다르다. 때문에 적정점의 pH에 따라 그 pH에 알맞은 지시약을 써야 한다. 따라서 지시약의 pKa를 이용해 적정범위의 pH에 알맞은 지시약을 이용할 수 있다.
Ⅶ. 참고문헌
① 김승재 기기분석 동화출판사 1995 150p~157p
② Tinoco,Jr. Sauer , Wang 물리화학 김규홍 외 3명 자유아카데미 1996 148p~150p

키워드

평형상수,   산 해리 상수,   pKa,   흡광도,   물감지시약