일반화학실험 혼합물의 조성

안녕하세요? 오늘은 일반화학실험 혼합물의 조성 레포트 공유 드립니다. 

1. 제목

혼합물의 % 조성

2. 실험 목적

정량분석의 하나인 중량분석법으로 %를 결정한다.

- 정성분석: 시료 속에 함유된 미지성분의 종류를 알기 위한 화학분석

- 정량분석: 시료 속에 포함된 미지 성분의 몰 질량을 구하기 위한 화학분석

  1) 중량분석  2) 용량분석  3) 비색분석

3. 실험 이론 

- (A+B)혼합물에서 B 물질이 차지하는 질량 % 구하기

- H2O의 함량결정

BaCl2*2H2O(s) → BaCl2(s)+2H2O

- Ba의 함량결정

BaCl2(aq)+H2SO4(aq) → BaSO4+2HCl

1. 용액의 조성 

액체에 기체나 고체가 녹을 때 그 액체를 용매, 녹은 물질을 용질이라고 한다. 두 액체가 섞여 있을 경우는 용매와 용질의 구별이 다소 모호하지만, 농도가 작은 것을 용질로 한다. 용액을 조성은 여러 가지 방법으로 표시할 수 있는데, 가장 단순한 방법은 무게 분율이나 중량백분율을 이용하는 것이다. 예를 들어 바닷물 속의 염의 함량이 3.5%라는 말은 바닷물 100g 속에 염이 3.5g 들어 있음을 뜻한다. 하지만 용액의 성질을 기본적으로 이해하기 위해서는 분자농도나 몰랄농도, 또는 몰분율과 같이 분자단위로 조성을 표시하는 것이 더 좋다. 

2. 백분율 조성 

용액 중에서의 물질의 백분율은 대부분 무게 백분율로 나타내며 다음과 같이 정의된다. 

무게 백분율은 보통 wt/wt 백분율로 약해서 표기한다. 10(wt/wt)%에탄올 수용액은 수용액 100g(100ml가 아님)당 에탄올 40g을 함유하고 있다. 즉, 에탄올 40g과 H2O 60g을 섞어서 만든다. 그 밖에 다른 일반적인 백분율 단위에는 부피 백분율(vol/vol)과 무게-부피 백분율(wt/vol백분율)이 있다. 

무게나 부피의 단위를 항상 명시해야 하지만, 단위를 생략했을 때는 대게 wt/wt 백분율을 의미한다. 

3. 농도 

주로 용체(용액, 혼합기체, 고용체 등)에서 성분의 조성을 나타내는 양

1) 몰농도 

용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 몰농도라고 하며, 가장 많이 사용되는 표시법이다. 용액 1L 속에 1mol이 녹아 있으면 용액의 농도는 1M(=1mol/L)이 된다. 

          

2) 몰랄농도

용액의 부피는 온도 변화에 따라 약간 변하게 된다. 온도 변화에도 그 값이 변하지 않는 농도 표시법은 용매의 질량을 기준으로 한 것이다. 용매 1kg 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 몰랄농도라고 한다. 즉 용매 1kg 속에 용질 1mol이 녹아 있는 용액을 1몰랄용액이라고 하며 1m로 나타낸다.

용매 1,000g의 질량은 온도가 변화해도 1,000g이므로 용매 1kg을 기준으로 한 몰랄농도는 온도가 변화해도 그 값이 일정하다. 

3)노르말 농도 

N으로 표시

4)포르말 농도

F로 표시한다.

    

4. 중량분석 

중량분석(gravimetric analysis)은 시료 중의 목적성분을 침전, 휘발, 추출, 전해 등의 방법으로 분리하여 조성이 일정한 화합물로 만든 다음 칭량하여 목적성분의 함량을 구하는 방법이다. 이 방법은 천칭을 이용한 칭량이 중요한 수단이 되므로 중량분석법이라고 한다.

1) 침전법

시료용액에 적당한 침전시약을 가해 목적성분을 침전시키고 이것을 여과하여 취해 건조 또는 가열하여 칭량하는 방법이다. (가장 많이 쓰인다.)

2) 휘발법

목적성분이 휘발성이라든가 또는 휘발물질로 변화시킬 수 있을 때, 목적성분 이외의 것이 휘발성일 때 이 성질을 이용하여 시료로부터 성분을 분리하여 정량하는 방법이다.

3) 추출법 

시료를 적당한 용매와 함께 진탕하여 목적성분을 용매 중에 추출, 용해시켜 분리하고 용매를 증류하여 제거한 잔유물을 칭량하는 방법이다. 

4) 전해법 

금속 염류의 수용액에 전극을 넣어 적당한 조건에서 직류전류를 통하고 전극에 석출하는 금속을 칭량함으로써 정량하는 방법이다.

5. 용량분석 

용량분석(volumetric analysis)은 식품분석에서 실제로 가장 많이 응용되는 방법으로 일명 적정분석(titating analysis)이라고도 부른다. 미리 정확한 농도의 표준용액을 조제하고, 이것을 정량하고자 하는 목적성분이 용해되어 있는 시료용액에 적하(=적정)시켜 반응의 당량점, 즉 적정의 종말점에 도달하였을 때 그 표준용액의 소비용량으로부터 계산에 의하여 시료중의 목적성분의 함량을 구하는 것이 용량분석법의 원리이다. 

1) 용량분석을 적용하기 위한 세 가지 조건

 a. 시료 용액 중 목적성분과 표준용액이 정량적으로 반응하고 역반응 또는 부반응이 없어야 한다. 

 b. 반응 속도가 빨라야 한다. 

 c. 반응의 완결점, 즉 적정의 종말점을 명확히 인식할 수 있어야 한다. 

2) 종말점 판단법

 a. 지시약법: 내부 지시약 또는 외부 지시약을 사용하는 법

 b. 전시법: 전위법, 전도법, 전류법

 c. 반응 생성물의 침전 및 이온 색깔에 의한 방법

6. 비색분석

물질의 빛깔, 농도 및 색조를 표준물질과 비교하여 그 물질을 정량하는 분석법. 비색정량이라고도 한다. 고체나 기체의 착색을 이용하는 때도 있으나, 일반적으로는 용액이 사용된다. 

1) 용액의 빛깔의 농도를 비교하는 방식

비색계를 사용하여 용액의 액 층을 조절하여 표준용액과 빛깔의 농도가 같아지는 점을 구하여 물질의 농도를 산출한다. 표준물질로는 검출하려고 하는 물질과 같은 것으로 농도를 이미 알고 있는 용액을 사용하는데, 화학변화를 일으키기 쉽고, 변색하기 쉬운 때는 색 유리나 착색종이 등 대용표준물질을 사용하기도 한다. 

2) 용액의 색조를 비교하는 방식 

농도를 이미 알고 잇는 각종 표준용액을 나란히 놓고, 그중에서 시료와 가장 비슷한 것을 찾는다. 이상은 육안에 의해서 비교하는 방법이며, 이 밖에 측정하려고 하는 빛의 양을 전기적 신호로 바꾸어 비교하는 광전 비색 분석법이 있다. 이것은 각종 광전비색계에 의하여 특정파장의 빛의 흡수도를 측정하고, 표준용액의 흡수도와 비교함으로써 정량분석을 하는 것인데, 조작이 간단할 뿐만 아니라 정확하므로 널리 이용된다. 

7. 비색계

용액에 의한 빛의 흡수가 농도와 액 층의 두께에 의존한다는 람베르트베르의 법칙을 이용해서 용액이나 현탁액의 농도를 측정하는 기계이다. 여러 종류가 있는데, 옆은 가장 널리 사용되고 있는 뒤보스크 비색계로, 2개의 액 통 T1 T2 그것을 삽입한 같은 길이의 유리기도 C1 C2 및 두 액주를 통과한 빛을 하나의 시야에 모으는 프리즘 P로 되어 있다. 

원통의 한쪽에 표준액, 다른 쪽에 측정액을 넣고 측정액이 들어 있는 액 통을 오르내리게 하여, 유리 기둥 밑에 있는 액 층의 두께를 조정하여, 시야의 좌우가 같은 밝기가 되도록 하면, 그때의 액 층 두께의 차에서 별도로 작성된 교정곡선에 의해서 측정 액의 농도를 알 수가 있다. 염료의 순도실험을 비롯하여 미량물질의 정량 등 비색분석에 이용된다. 

4. 실험 과정

1.혼합물의 질량 측정

1) crucible의 질량 측정

2) 2g의 시료를 crucible에 취한 후 질량 측정

3) 2)-1)에서 혼합물의 질량 계산

2. 물의 함량 결정

1) Tripod 위에 pipe stern triangle을 올려놓고, 혼합물이 담긴 crucible을 10분간 가열한다. (crucible의 뚜껑을 약간 열어 놓는다)

2) 상온까지 냉각시킨 후 질량을 측정한다.

3) BaCl2의 질량 계산: 2)-crucible의 질량

3. Ba의 함량 결정

1) 2 실험에서 건조된 시료를 250mL 비이커에 넣고, 증류수로 crucible 안에 남은 시료를 닦아내며 100ml 가량의 증류수에 시료가 녹을 수 있게 한다. 

2) ConC.HCl을 1mL 첨가하고 증류수를 더 넣어 150mL가 되도록 한 후, 유리막대로 저어서 시료를 완전히 녹인다. 

3) 용액은 끓을 때까지 가열한다. (5~10분)

4) 3M H2SO4 8mL를 참가한다.

BaCl2(aq)+H2SO4(aq) → BaSO4(s)+2HCl(aq)

5) watch glass로 비이커를 덮고 10분간 가열한다.

 

6) (watch glass+filter paper)의 질량을 측정해서 기록해 놓은 후, filter paper를 이용해서 BaSO4침전물을 여과한다.

7) 걸러낸 BaSO4를 filter paper로 watch glass에 옮긴 후, 건조기에 넣어서 건조시킨다.

8) 건조된 (watch glass+filter paper+BaSO4)의 질량을 측정해서 BaSO4만의 질량을 구한다. 8)-6)

9) Ba만의 질량을 구한다. 

순수한 BaSO4에서 Bark 차지하는 질량비

따라서 Ba의 질량=BaSO4의 질량*0.588396

10) 시료 중 Ba의 질량 %를 구한다.

5. 참고 문헌

1) 대학화학실험: 한양대학교 화학교재 P.61~64

2) 분석화학: 최재성 저, 동화기술 P.19~21

3) 분석화학: Harris Daniel C. 자주아카데미 P.5~6

4) 화학2: 박영사, 박택규외 2인 공정 P.296~298

오늘은 일반화학실험 혼합물의 조성에 대해서 알아보았습니다. 상기 내용이 학습에 도움이 되었으면 좋겠습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.