물리화학실험_4주_용매 사이의 용질의 분배

소개글

물리화학실험_4주_용매 사이의 용질의 분배에 대한 보고서 자료입니다.

목차

예비:

1. 실험 제목
2. 실험조 및 실험자
3. 실험 목적
4. 실험 이론 및 배경
5. 장치 및 시약
6. 실험 방법
7. 참고 문헌


결과:

1. 실험 제목
2. 실험조 및 실험자
3. 실험 결과
4. 토의 및 고찰 (실험 기본 이론+토의/고찰)
5. 참고 문헌

본문내용

틸에테르
0.5 N
(5조)
(-0.6990 + 0.2041) / (-0.4949) = 1
1 N
(6조)
(-0.5607 + 0.3088) / (-0.2518) = 1.0004
2 N
(7조)
위의 식을 이용하면 분모인 값이 0이므로,
의 그래프를 이용하여 구하면,
n의 값은 1
2 N
(8조)
(-0.1772 + 0.2066) / (0.0294) = 0.7959
아세트산 수용액
+
CCl4
0.5 N
(5조)
(-1.5850 + 1.2343) / (-0.3316) = 1.0576
1 N
(6조)
(-1.4202 + 1.1397) / (-0.2807) = 0.9993
2 N
(7조)
(-1.3010 + 1.4622) / (0.1614) = 0.9988
2 N
(8조)
(-1.3468 + 1.0526) / (-0.2941) = 1.0003
n의 의미
n은 용매 안의 용질이 n분자의 회합체로 존재함을 의미한다.
(만약 회합이 완전히 이루어지지 않는다면, n의 값은 한 개의 상수가 아니라 농도에 따라 변하는 값이 된다.)
따라서 앞에서 계산한 n값을 살펴보면, 각 실험에 대한 n값은 평균적으로 1에 근접해 있으므로, 아세트산은 용매에 단분자 상태로 존재함을 알 수 있다.
- 디에틸에테르 & 아세트산 수용액 : (1+ 1.004 + 1 + 0.7959 ) / 4 = 0.9491
- 사염화탄소 & 아세트산 수용액 : (1.0576 + 0.9993 + 0.9988 + 1.0003) / 4 = 1.014
○ 단일 추출과 반복 추출
초기에 어떤 물질 g 을 함유하는 ml 용액을 섞이지 않는 용매 ml로 반복 추출할 때,
첫 추출 후 본래 용액에서의 농도는 / , 추출한 상에서의 농도는 (-)/ 이므로,
분배계수 이 되고, 이 된다.
또한 두 번째 추출 후 남아있는 이 된다.
따라서 번 추출 후 본래 용매에 남아있는 양 이 된다.
위의 식을 이용하여,
1) 디에틸에테르층 50ml의 1.0N 아세트산을 물 50ml로 추출한 경우(단일 추출)와
2) 물 10ml로 5번에 나누어 추출한 경우(반복 추출)를 비교해 보면,
: 초기 용질의 질량(g) = 디에틸에테르에 녹아있는 초기 아세트산의 질량
: 용질 를 함유하고 있는 용액의 부피 = 디에틸에테르의 부피
: 용질 를 함유하고 있는 용액과 섞이지 않는 용매(용액에서 용질을 추출하는 용매)
= 추출하는 물의 부피
: n번 추출 후 추출되지 않고 남아있는 질량(g)
: 물과 디에틸에테르 사이의 분배계수 = 앞의 실험에서 구한 의 평균값
= 0.5844
이므로,
-1) 물 50ml로 1번 추출한 경우
-2) 물 10ml로 5번 나누어 추출한 경우
따라서 서로 섞이지 않는 용매 사이의 용질의 분배에서, 추출용매를 적은 양으로 여러 번 나누어 추출하는 것이, 동일한 양을 한번에 사용하여 추출하는 것보다 더 효과적이다.
4. 토의 및 고찰
이번 실험은 서로 섞이지 않는 두 용매 사이에서 일어나는 용질의 평형 분배에 대해 알아보는 실험으로, NaOH 적정을 통해 아세트산 수용액-디에틸에테르, 아세트산 수용액-CCl4 속의 아세트산(H+)의 몰수와 농도를 알아보고, 각 용매 속의 산(H+)농도를 통해 분배계수와 n값을 결정하고 그 의미에 대해 알아보았다.
우선 분배계수란 각 용매 층에 녹아 들어간 용질의 농도비로, 각 용매가 서로 평형 상태에 있을 때 용질은 이 농도비에 따라 분배되고, 이러한 분배계수는 일정한 온도 하에 두 용매가 평형일 때, 용해된 물질의 실제량에 상관없이 일정한 값을 갖는다.
즉, 서로 섞이지 않는 액체(물-디에틸에테르, 물-사염화탄소)로 되어있는 액체 층에 가용성인 아세트산을 첨가한 이번 실험의 경우, 각 실험에 대한 분배계수는 비슷한 값을 가져야 한다.
그러나 앞의 실험값을 살펴보면, 물-디에틸에테르 실험은 비교적 0.6에 근접한 값을 갖고 있으나, 물-사염화탄소 실험의 경우, 0.0345~0.0886으로 그 값의 편차가 상당히 큼을 알 수 있다. 이러한 오차의 가장 큰 원인으로는 NaOH 적정 과정의 부정확성을 꼽을 수 있다.즉, 염기성에서 붉게 변하는 페놀트탈레인을 이용하여 NaOH-아세트산 중화 반응의 종말점을 찾는 것이 실험의 주된 과정이었는데, 이러한 색변화 관찰 자체가 상당히 주관적이고, NaOH의 적정량 측정 역시 실험자에 따라 약간의 차이가 발생할 수 있다. 또 적정에 사용된 NaOH 용액도 동일한 사람이 만든 것을 나눠 쓴 것이 아니라 조별로 각자 만들어 썼기에 그 농도에 있어 약간의 차이가 발생했을 수 있다. 그리고 7조의 아세트산 수용액+CCl4의 분배계수는 0.0345로 타 조의 0.0583~0.0885에 비해 많이 작은 편인데, 이것은 실험 시 아세트산 수용액 층 적정에 0.1N NaOH를 사용했어야 했으나 0.5N NaOH를 사용한데서 차이가 발생한 것으로 보인다. (몰수 계산 시에는 적정에 사용된 농도를 쓰면 된다.)
또한 분배계수는 온도가 일정할 때 일정한 값을 가지는데, 실험 시 항온조의 부족으로 상온에서 실험을 하였고, 이 과정에서 발생한 온도의 미세한 차이(실험자의 체온에 따른 온도 변화 등)가 실험 결과에 영향을 미친 것으로 생각된다.
두 번째로 n값에 대해 살펴보면, n은 용매 안의 용질이 n분자의 회합체로 존재함을 의미하는데, 각 실험에 대한 n값은 평균적으로 1에 근접해 있으므로, 아세트산은 용매에 단분자 상태로 존재함을 알 수 있다.
마지막으로, 을 이용하여, 디에틸에테르 층 50ml의 1.0N 아세트산을 물 50ml로 추출한 경우(단일 추출)와 물 10ml로 5번에 나누어 추출한 경우(반복 추출)를 비교한 결과, 추출 시 추출용매를 적은 양으로 여러 번 나누어 추출하는 것이, 동일한 양을 한번에 사용하여 추출하는 것보다 더 효과적임을 알 수 있었다.
5. 참고문헌
물리화학실험, 대한화학회, 청문각, 2007, p63-68
물리화학실험, 이문득, 자유 아카데미, 1997, p129-134
물리화학의 원리와 응용, 이재원, 녹문당, 1999, p136-145
http://www.chemexper.com
http://www.kosha.net/index.jsp (MSDS)

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용질분배,   용매 사이의 용질 분배,   평형 분배,   분배 계수,   평형 상수