[일반화학실험]생활화학실험 - 사이다, 치약, 야광팔찌 만들기
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포름알데히드 수용액을 포르말린이라 한다. 암모니아성 질산은 용액과 포름알데히드 수용액이 반응하면 시험관 벽에 은이 석출되어 거울처럼 보인다. 이것이 은거울 반응이다. 나. 포도당의 환원성 포름산( )은 의 포르밀기를 지니고 있어 환원성이 있으며 포도당은 수용액에서 사슬모양과 두가지의 고리 모양으로 존재하는데 사슬 모양의 구조에 를 지니므로 환원성을 갖는다. 광합성과 호흡 모두 포도당의 환원성을 이용한 생체 내의 반응이다. 산화란 전자를 잃는 것이고 환원이란 전자를 얻는 것이다. 다.톨렌스(Tollens) 시약 산화제로써 은을 사용하는 시약은 발명가의 이름을 따 Tollens 시약이라 불린다.이 시약은 질산은 수용액에 암모니아수를 한 방울씩 가하여 침전을 만들고 여기에 다시 암모니아수를 한 방울씩 가하여 침전을 녹여 만든 은-암모니아 착이온을 만들어 염기성에서도 산화은 침전이 생기지 않도록 한 것이다. Tollens 시약은 제 2 구리 이온보다 강한 산화제이기 때문에 지방족 알데하이드 뿐만 아니라 방향족 알데하이드도 산화시킬 수 있다. 라. 착이온의 형성 착이온이란 금속이온에 극성이 강하고, 비공유전자쌍을 가지고 있는 분자 또는 음이온이 금속이온의 빈 전자 궤도함수에 전자쌍을 제공하면서 배위결합하여 생성된 안정한 이온으로 기하학적 구조를 이룬다. 금속이온은 주로 전이금속 이온이며, 이때 배위되는 분자나 이온을 배위자(ligand)라 하며, 그 수를 배위수라 한다. 2) 실험재료 작은 병, 스포이트, 비커, 질산은( ), 수산화칼륨( ), 포도당, 진한 암모니아수 3) 실험방법 바이알 병에 0.1 M 질산은 용액 10 ml를 넣은 다음 스포이트로 3-4방울 떨어뜨린다. 갈색 앙금이 생성되면, 이 앙금이 사라질 때까지 병을 살짝 흔들어준다. 이 용액을 Tollens 시약이라 한다. 바이알에 1 M 농도 수산화칼륨 용액 5 ml 정도를 넣는다. 이 병에 0.5 M 포도당 용액 2 ml 정도를 넣는다. 병의 뚜겅을 닫고 흔들어주면 은으로 된 막이 생성된다. 3) 실험결과 질산은 수용액에 암모니아수를 조금씩 떨어뜨렸을 때 갈색 앙금이 생성되었다. 이는 다음 반응의 결과이다.
묽은 암모니아수를 계속해서 넣어주게 되면 다음 반응이 일어난다. 로 착이온이 형성되면서 더 진한 갈색이 된다. 포도당 수용액을 넣게 되면 바이알의 표면에 은이 흡착되었다. 이는 포도당의 산화가 일어났고 착이온이 환원되었기 때문이다. 산화환원 반응식은 다음과 같다.
3. 실험 3 – 탄화수소 중합체의 다리 결합도에 따른 물성 변화 1) 실험 목표 실험을 통해 고분자의 종류와 고분자의 생성, 고분자의 결합종류 등 전반적으로 고분자에 대해 알아보고 이를 통해 실생활에 사용되는 고분자를 직접 만들어 본다. 2) 이론적 배경 가. 고분자란? 고분자는 크게 단백질, 천연고무와 같은 천연 고분자와 합성 섬유, 합성 수지와 같은 합성 고분자로 나뉘며, 현대 사회는 고분자의 시대라고 할 수 있을 정도로 우리의 일상 생활 속에서 고분자가 다양하게 사용되고 있다. 고분자는 흔히 ‘플라스틱’이라는 용어와 혼용되기도 한다. 일반적으로 10000 이상의 분자량을 가진 분자를 고분자라 한다. 제 2차 세계대전 이후 제품의 범위가 너무 빨리 증가하여 새로운 섬유, 플라스틱, 고무, 접착제, 수지 등의 광법위한 재료들이 발달하게 되었다. 이들 새로운 재료들은 고분자로 만들어졌으며 현대 생활에 많은 변화를 일으켰다. 예를 들면, 합성섬유의복, 폴리스티렌컵, 복합재료로 만든 보트, 실리콘 심장 밸브, 에폭시접착제 등이 있다. 나. 고분자의 역사 고분자는 아주 오래 전부터 인류 생활에 사용되어 왔다. 천연 고분자인 삼베는 신석기 시대부터 사용되어왔고 비단은 1-2만년 전에 중국에서 사용되었다. 한참 뒤에 케큘레는 천연유기 물질이 특이한 성질을 나타내는 것은 매우 긴 사슬을 가지기 떄문이라고 추정하였다. 그후 1992년,독일의 H.Staudinger에 의해 고분자의 개념이 처음 제시되었다. 스타우딩거의 연구결과가 발표될 당시에는 고분자라는 개념이 없었으므로, 대부분의 학자들이 단지 저분자의 집합체인 콜로이드일 것으로 믿고 있었다. 하지만 스타우딩거는 천연고무가 콜로이드가 아닌 거대분자의 구조를 하고 있을 것이라는 사실을 실험적으로 입증하였다. 다. 고분자의 생성 고분자는 원료인 monomer가 중합됨으로써 생성된다.단일체의 중합은 메커니즘에 따라 chain polymerization과 step polymerization으로 나눌 수 있다. 단일체란, 고분자로 전환될 수 있는 물질이다. 예를 들어, 에틸렌은 중합반응을 일으켜 폴리에틸렌이 된다. 라. 고분자의 결합 선형고분자 – 선형고분자는 긴 사슬로 이루어져 있다. 폴리에틸렌이 가장 간단한 형태라고 할 수 있다. 용매에 잘 녹으며 고체상탱서 고무상이나 유연한 물질 또는 열가소성 플라스틱으로 존재한다. 가지고분자 – 가지고분자는 선형고분자에 가지가 붙어있는 구조로서 용매에 잘 녹는다. 매우 가지가 많은 고분자의 경우 특정한 액체에 팽윤되며 완전히 용해되지는 않는다. 가교고분자 – 사슬 사이에 1차 결합이 존재하며 용매에 의해 팽윤되나 용해되지는 않는다. 가교가 많을수록 팽윤은 적어진다. 마. 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱 고분자 상호간의 인력은 mechanical entanglement와 2차결합에 기인한다. 온도가 상승하면 고분자가 자유롭게 움직일 수 있는데, 고분자가 액체처럼 흐를 수 있게 된다. 이러한 고분자를 열가소성 분자라고 한다. 고분자의 가교는 고분자 사이의 1차 결합에 의해 고분자가 연결되어 그물 모양의 구조를 가지는 것을 말한다. 따라서 온도를 어느 정도 올려도 고분자가 서로 붙들려 있기 때문에 분자의 운동이 자유롭지 못하므로 용융되어 흐를 수 없다. 이를 열경화성 분자라고 한다. 바. 탄성 탄성이란 용수철이나 고무줄과 같이 물체에 힘을 주었다 놓았을 때 본래의 모양으로 되돌아가려는 성질을 말한다. 가교가 되면 탄성력이 증가하지만 너무 많게 되면 사슬이 너무 뻣뻣해져 탄성을 잃는다. 사.PVA의 가교 PVA는 하이드로젤을 만드는데 주로 사용되며 붕사의 해리로 형성된 가 PVA와 물리가교하여 열역학적 하이드로젤을 만든다. 가교된 정도에 따라 슬라임이 형성되기도 하고 탱탱볼이 만들어지기도 한다. 3) 실험재료 PVA 가루, 붕사, 형광색소, 비커, 유리막대 4) 실험방법 물 10 ml에 붕사가루 2 g을 넣고 잘 녹인다. 붕사를 녹인 물에 PVA 가루 10 g을 잘 넣고 20 ml 정도의 물을 조금씩 넣어주며 유리막대로 PVA 가루가 엉길 때까지 저어준다. 엉김이 생기면 꺼내어 뭉친다. 물기를 제거한다. 5) 실험결과 아무리 해도 탱탱볼 밖에 만들어지지 않았다. 물의 양을 최대한 늘리고 높은 온도에서 섞어야 슬라임이 만들어지는 것 같다. 탄성의 차이에는 붕사가루, 물의 양, PVA의 양 등이 중요한 것 같다. |
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