서울시립대 화학및실험 빈혈치료제에서 철의 정량

문서 내 토픽

• 1. 실험데이터와 결과

  실험데이터(1) 초기에 사용된 빈혈치료제의 무게철분 용액에 담긴 철분 보충제의 농도는 407.3mg/L다. 실험에서 취한 철분 용액은 50ml이므로 철분 보충제의 무게는 407.3mg/L TIMES 0.05L=2.03 TIMES 10 ^{-2} g이다. 따라서 초기 빈혈 치료제의 무게는 2.03 TIMES 10 ^{-2} g이다.(2) UV-vis spectrum을 이용하여 측정된 용액의 흡광도분광 광도계를 이용해 측정한 파장의 길이에 따른 흡광도는 다음과 같다. 400nm 이하의 영역과 600nm 이상의 영역의 흡광도는 생략하였다. 파장의 길이에 따른 흡광도해당 그래프를 통해 알 수 있는 A _{510nm}의 값은 0.310이다.

• 2. 결과 보고

  (1) Fe의 농도A _{510nm}의 값은 0.310이므로 Beer-Lambert Law에 따르면 특정 파장에서 측정한 흡광도는 A= epsilon bc로 나타낼 수 있다. 큐벳의 길이는 1cm, epsilon 값은 11100L.mol ^{-1} .cm ^{-1}이다. C= {A} over {epsilon b}이므로 {0.310} over {11100(L.mol ^{-1} .cm ^{-1} ) TIMES 1(cm)} =2.79 TIMES 10 ^{-5} (mol/L) 라서 Fe의 농도는 2.79 TIMES 10 ^{-5} mol/L다.(2) Fe의 몰수해당 실험에서는 0.05L의 용액을 사용하였으므로2.79 TIMES 10 ^{-5} mol/L TIMES 0.05L=1.40 TIMES 10 ^{-6} mol이다. 따라서 Fe의 몰수는 1.40 TIMES 10 ^{-6} mol 이다. (3) 초기 사용된 빈혈치료제에 포함된 Fe의 무게Fe의 몰질량은 55.8g/mol이고 해당 용액은 원액이 1/10 묽어진 형태이다. 따라서 1.40 TIMES 10 ^{-6} mol TIMES 10 TIMES 55.8g/mol=7.78 TIMES 10 ^{-4} g로 초기 용액에는 Fe가 7.78 TIMES 10 ^{-4} g 존재한다.(4) 초기 사용된 빈혈치료제에 포함된 Fe의 퍼센트 함량초기에 사용된 빈혈치료제의 무게는 2.03 TIMES 10 ^{-2} g이고, 초기 사용된 빈혈치료제에 포함된 Fe의 무게는 7.78 TIMES 10 ^{-4} g다. 7.78 TIMES 10 ^{-4} gDIVIDE 2.03 TIMES 10 ^{-2} g TIMES 100%=3.83%로 3.83%다.(5) UV-vis spectrum파장의 길이에 따른 흡광도

• 3. 토의

  (1) 탐구환원제의 역할은 무엇이며 사용해주는 이유는 무엇인가?용액속의 Fe ^{2+}은 공기중의 산소에 의해 산화되며 정확한 산화된 철인 Fe ^{3+}는 [Fe(phen) _{3} ] ^{2+}가 아닌 [Fe(phen) _{3} ] ^{3+}를 형성 하여측정을 방해한다. 이를 위해 환원제인 NH _{2} OH.HC`l를 투입하면 공기중의 산소에 의해 산화된 철을 다시 Fe ^{2+}로 환원시킬 수 있다. NH _{2} OH.HC`l를 투입 했을 때 철의 환원반응은 아래와 같다.{2F} {{e}} ^ {{3+}} {+2N} {{H}} _ {{2}} {OH*HC} {{l}} ^ {{-}} {2F} {{e}} ^ {{2+~}} {+} {{N}} _ {{2}} {+4} {{H}} _ {{2}} {O+2} {{H}} ^ {{+}} {+2C} {{l}} ^ {{-}} NH _{2} OH.HC`l가 환원제로 원활하게 작용하는 PH가 8이기 때문에 완충 용액의 PH는 8로 잡는다.빈혈치료제에 포함된 철의 함량을 정량화 하기 위해 착화합물 [Fe(phen) _{3} ] ^{2+}을 만드는 이유는 무엇인가?전이금속으로 이루어진 화합물에는 s,p,d 오비탈에 전자를 모두 채워 안정한 상태로 존재하려고 하는 18전자 규칙이 존재한다. Fe이온과 1,10 phenanthroline이 6배위 착이온을 형성하여 안정한 상태가 되면 외부의 조건에 의하여 산화되지 않고 안정된 상태를 유지할 수 있을 것이다. 이를 통해 Fe ^{2+}의 몰농도를 정확하게 알 수 있다. 위 실험에서 Fe ^{3+}가 리간드와 결합하는 화학식은 아래와 같다.Fe ^{2+} +3C _{12} H _{8} N _{2} (1,10-phenanthroline) lrarrow `[Fe(phen) _{3} ] ^{2+} 앞에서 언급한 것처럼 전이금속으로 이루어진 화합물에는 s,p,d 오비탈에 전자를 모두 채워 안정한 상태로 존재하려고 하는 18전자 규칙이 존재하기에 Fe ^{3+}은 리간드와 6배위 착이온을 형성한다. 2Fe ^{2+} +2NH _{2} OH.HCl+2OH ^{-} lrarrow `2Fe ^{2+} +N _{2} +4H _{2} O+2H ^{+} +2Cl ^{-}2가의 Fe 전구체는 산성 환경에서 Fe ^{2+}가 된다. 이때 Fe ^{2+}는 공기중에 존재하는 산소에 의하여 Fe ^{3+}가 되고 이는 [Fe(phen) _{3} ] ^{2+}가 아닌 [Fe(phen) _{3} ] ^{3+}를 형성할 수 있기 때문에 이를 막기 위해 NH _{2} OH.HC`l를 투입하여 산화된 Fe ^{3+}를 Fe ^{2+}로 환원시킨다. 위에서 언급한 바와 같이 PH 8이 NH _{2} OH.HC`l 환원제로 작용하기에 가장 적절한 환경이기에 PH8의 완충용액을 사용한다. 이 과정을 식으로 나타내면 아래과 같다.2Fe ^{2+} +2NH _{2} OH.HCl+2OH ^{-} lrarrow `2Fe ^{2+} +N _{2} +4H _{2} O+2H ^{+} +2Cl ^{-}Fe ^{2+} +3C _{12} H _{8} N _{2} (1,10-phenanthroline) lrarrow `[Fe(phen) _{3} ] ^{2+}Beer-Lambert Law에 따르면 특정 파장에서 측정한 흡광도는 (수식1)로 나타낼 수 있다. A= epsilon bc (수식1)C는 시료의 농도, A는 흡광도, b는 큐벳의 폭, epsilon 는 몰 흡광계수다. 해당 실험의 [Fe(C _{12} H _{8} N _{2} ) _{3} ] ^{2+}에서 특정 파장은 510nm다, 또한 epsilon 는 11100M`.cm ^{-1}이다. 이러한 스펙트럼은 분자가 특정 영역대의 파장을 흡수하여 전자가 들뜨는 과정에서 형성된다.

• 4. 오차 요인

  위 실험에서는 분광광도계를 사용하였는데 이에 투입된 큐벳이 깨끗하지 않으면 측정된 분광도에 오차가 생길 수 있다. 큐벳을 잡을 때 장갑을 끼고 집었으며 분광도 측정시 빛이 투과하지 않는 부분을 손으로 집었으나 큐벳에 이물질이 묻었을 가능성을 배재할 수는 없다. 파장이 상대적으로 짧은 영역에서는 레일리 산란이 발생했을 수도 있다. 레일리 산란에 의해 공기 분자의 영향으로 짧은 파장 영역대에서 흡광도 자체가 불안정하게 관찰 되었을 수도 있다. 기 분자를 완벽하게 제거하는 것은 불가능하기에 일정량의 오차가 발생할 수 밖에 없다. 또한, 분광광도계의 영점을 맞출 때 외부의 빛이 유입되었을 수도 있다. 영점을 맞추는 과정에서 완벽하게 외부의 빛과 차단된 공간을 만드는 것은 불가능하다.혼합 용액을 만들기 위해 50ml 부피 플라스크에 넣은 hydroxylamine hydrochloride 와 1,10-phenanthroline의 양이 정확하지 않을 수 있다. 용액을 제작하는 과정에서 각각의 용액의 함량을 혼동하여 잘못 제작한 용액을 전부 버리고 용액을 다시 만드는 과정을 거치기도 했다. 용액의 함량을 정확히 맞추었어도 교반이 제대로 되지 않았을 수도 있으며 혼합 시간 자체가 충분하지 않았을 수 있다. 교반자석이 부피 플라스크 바닥에 머물러 있었기에 상부에 위치한 부분은 정확히 교반되지 않았을 가능성이 있다. 위 실험에서는 Fe ^{2+}의 산화를 막기 위해 NH _{2} OH.HC`l를 투입했지만 그럼에도 불구하고 Fe ^{2+}의 산화를 완전하게 막지 못해 [Fe(phen) _{3} ] ^{3+}가 일부 형성 되었을 수도 있다. 이는 [Fe(phen) _{3} ] ^{2+} 수치를 적어지게 하는 원인으로 작용하여 철의 정확한 양을 구하는 것을 방해한다.

• 5. 실험 요약 및 결론

  위 실험에서는 Fe ^{2+}가 리간드와 결합하여 [Fe(phen) _{3} ] ^{2+}를 형성하는 반응을 일으키고 이의 분광도를 측정하는 방식으로 빈혈 치료제에서의 철의 함량을 구하였다.위 실험은 산화 환원, 6배위 화합물, 완충용액, 분광도 등 다양한 개념이 복합적으로 차용되었다는 점에서 의의가 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 실험데이터와 결과

  실험데이터와 결과는 실험의 핵심이 되는 부분입니다. 실험데이터는 실험을 통해 수집된 관찰 결과나 측정값을 의미하며, 이를 통해 실험의 목적을 달성하고자 합니다. 실험데이터는 정확성, 신뢰성, 재현성 등의 요건을 충족해야 하며, 이를 위해 실험 설계, 측정 방법, 데이터 처리 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 실험결과는 실험데이터를 분석하여 도출된 결론이나 발견사항을 의미하며, 이를 통해 실험의 목적이 달성되었는지 확인할 수 있습니다. 실험결과는 통계적 분석, 모델링, 시각화 등의 방법을 통해 체계적으로 제시되어야 하며, 실험의 한계와 의의를 명확히 드러내야 합니다.

• 2. 결과 보고

  실험 결과 보고는 실험 과정과 결과를 체계적으로 정리하여 전달하는 중요한 과정입니다. 결과 보고에는 실험의 목적, 방법, 데이터, 분석 결과, 결론 등이 포함되어야 합니다. 이를 통해 실험의 타당성과 신뢰성을 입증하고, 향후 후속 연구나 활용에 기여할 수 있습니다. 결과 보고는 독자의 이해를 돕기 위해 논리적이고 명확한 구조로 작성되어야 하며, 시각화 자료의 활용, 핵심 내용의 강조 등을 통해 효과적으로 전달되어야 합니다. 또한 실험의 한계와 향후 연구 방향 등을 제시함으로써 실험 결과의 의미와 활용 가능성을 제시해야 합니다.

• 3. 토의

  실험 결과에 대한 토의는 실험의 의미와 시사점을 심도 있게 탐구하는 중요한 과정입니다. 토의에서는 실험 결과의 해석, 실험 방법의 적절성, 결과의 일반화 가능성, 실험의 한계 등을 종합적으로 검토해야 합니다. 이를 통해 실험 결과의 의미와 활용 방안을 도출할 수 있습니다. 토의에는 실험 참여자뿐만 아니라 관련 분야의 전문가들이 참여하여 다양한 관점과 의견을 교환해야 합니다. 토의 과정에서 제기된 의문점과 제안사항은 향후 연구 방향 설정에 활용될 수 있습니다. 토의 결과는 실험 보고서에 포함되어 실험 결과의 해석과 활용에 대한 근거로 제시되어야 합니다.

• 4. 오차 요인

  실험 결과에서 발생할 수 있는 오차는 실험의 신뢰성과 타당성을 저해하는 중요한 요인입니다. 오차 요인에는 측정 장비의 정밀도, 실험 환경의 변화, 실험자의 숙련도, 데이터 처리 과정의 오류 등 다양한 요소가 포함될 수 있습니다. 이러한 오차 요인을 체계적으로 분석하고 관리하는 것이 중요합니다. 오차 요인 분석을 통해 실험 결과의 신뢰성을 평가하고, 오차를 최소화할 수 있는 방안을 모색할 수 있습니다. 또한 오차 요인에 대한 정보는 실험 보고서에 포함되어 실험 결과의 해석과 활용에 활용될 수 있습니다. 오차 요인에 대한 이해와 관리는 실험의 질적 향상을 위해 필수적입니다.

• 5. 실험 요약 및 결론

  실험 요약 및 결론은 실험의 전체적인 과정과 결과를 간단하고 명확하게 정리하는 부분입니다. 실험 요약에는 실험의 목적, 방법, 주요 결과 등이 포함되며, 실험 결론에는 실험 결과의 의미와 시사점, 실험의 한계와 향후 연구 방향 등이 포함됩니다. 이를 통해 실험의 전체적인 맥락을 이해할 수 있으며, 실험 결과의 활용 가능성을 판단할 수 있습니다. 실험 요약 및 결론은 간결하고 명확하게 작성되어야 하며, 실험 보고서의 핵심 내용을 효과적으로 전달할 수 있어야 합니다. 또한 실험 결과의 의미와 한계를 균형 있게 제시함으로써 실험의 객관성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.