[물리화학실험] 화학평형의 온도 의존성 예비보고서

소개글

"[물리화학실험] 화학평형의 온도 의존성 예비보고서"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험이론
2-1) 배경
2-2) 화학평형
2-3) Le Chatelier의 원리
2-4) 해리도 & 해리상수
2-5) van’t Hoff 식
2-5) UV-visible spectrophotometer
2-6) Henderson-Hasselbach 식
2-7) Beer-Lambert 법칙

3. 실험방법
3-1) 장치 및 시약
3-2) 설치 및 과정

4. 시약조사
4-1) 4-나이트로페놀
4-2) KOH

본문내용

1. 실험목적
4-나이트로페놀의 원래 상태와 해리된 상태의 가시광선 흡광 파장의 차이가 크다는 점을 이용해서 해리상수를 여러 온도에서 구하고 해리반응의 엔탈피를 구한다.

2. 실험이론
2-1) 배경
4-나이트로페놀은 수용액에서 다음과 같이 해리한다.

4-나이트로페놀은 색을 띠지 않지만 그 음이온은 노란색을 띤다. 자외선-가시광선 스펙트럼을 얻어보면 4-나이트로페놀은 자외선 빛만 흡수하지만 해리된 음이온은 대략 410nm에서도 흡수띠가 관찰된다. 그러므로 4-나이트로페놀 용액의 색깔은 4-나이트로페놀(HA)과 그 음이온(A-)의 농도비와 밀접한 관계가 있다. 즉, Henderson-Hasselbach식으로부터, pH < pKa이면 CHA/CA- ≫ 1, 따라서 지식약은 무색이고, pH < pKa이면 CHA/CA- ≪ 1, 따라서 지시약은 노란색을 띨 것이다. 그러므로 4-나이트로페놀 수용액의 pH를 낮은 값에서 차차 증가시켰을 때 가시광선 스펙트럼의 410nm의 흡광도가 갑자기 증가하는 pH값으로부터 4-나이트로페놀의 pKa 혹은 Ka값을 구할 수 있다.
이 실험에서 얻고자 하는 것은 Ka의 온도 의존성이다. Ka의 온도 의존성은 다음 식과 같이 van’t Hoff식으로 표현할 수 있다.

< 중 략 >

2-2) 화학평형
화학 반응에 있어서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져 겉보기에 화학 반응이 일어나지 않는 것처럼 보이는 상태이다. 화학 평형에 도달하게 되면 온도, 압력 등의 실험 환경이 변하지 않는 이상, 반응물과 생성물의 양이 변하지 않는다. 화학 평형 상태는 동적 평형 상태로, 거시적으로는 반응물과 생성물의 양이 변화하지 않으나 실제로 반응은 계속 일어나고 있는 상태이다. 따라서 화학 평형은 반응이 전혀 이루어지지 않는 정적 평형 상태와는 구분된다.
다시 말해, 정반응과 역반응의 속도가 같고, 반응물과 생성물의 농도가 일정하게 유지될 때, 화학 평형이 이루어진다. 화학 평형에서 평형상수를 생략할 수 없다.

참고 자료

물리화학실험(대한화학회) p77 ~ 81
위키피디아 “화학 평형”
앳킨스의 물리화학 p255~256
위키피디아 “Henderson-Hassselbach equation”
위키피디아 “ultraviolet-visible spectroscopy”
네이버 지식백과 “램버트비어 법칙”