아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

�ð� ����(clock reaction)�̶� ���� �ӵ� ���� �ܰ谡 ���Ե� ��Ŀ�������� �Ͼ�� �������� ������ ���� �������� ��� �����ϰ� �� �� ������ �� ������ �ҿ�� �ð��� �˷��ִ� �����̴�. �� ���迡���� ��Ȳ����� ��Ʈ��(rmnahso {3} ) ��װ� ���̿���� Į��(rmkio {3} ) ����� �̿��ϴµ� ���� ��� ���̿���(rmi {2})�� �����DZ� ������ ���̿��� �ð�����̶�� �Ҹ���

������ �µ����� rmnahso {3} ����� �󵵸� ��ȭ��Ű�鼭 ���� ���� rmkio {3} ��װ� ���� ������ ��, ������ ���̿���(rmi {2})�� ��� �ӿ� �־� �� �츻�� �����Ͽ� û�ڻ��̳� ������ ��Ÿ���� ���������� �ð��� ���������ν� ���� �ӵ��� ���� �� �ִ�.
�� ������ ù �ܰ�� ������ ����.
rm io` {3} ^{-} (aq)3hso` {3} ^{-} `(aq)````-> ````i ^{-} `(aq)`3so {4} ^{2-} (aq)````3h ^{} `(aq)
�׸��� rm hso` {3} ^{-} `(aq) �̿��� ��� �Һ�ǰ� ���� rm i ^{-} `(aq)`�̿��� ������ rm io` {3} ^{-} (aq)�� �����Ͽ� ���̿���(rmi {2})�� �����ȴ�.
rm 5i ^{-} (aq)6h ^{} (aq)io {3} ^{-} (aq)``-> ```3i {2} (s)3h {2} o(l)
�� �� ������ ���̿���(rmi {2})�� �츻�� �����Ͽ� û�ڻ��� ��� �ǰ� rmhso` {3} ^{-} `(aq) �̿��� ��� �����Ͽ� �������µ� �ʿ��� �ð��� ����� �˷��ֱ� ������ �ð�� ���� ������ �Ѵ�.�� ���迡���� rmnahso {3}�� �� �Ҹ�� ������, �� ���̿���(rmi {2})�� ���� ��⿡ �����ϱ� �����ϴ� ���������� �ð��� �����Ͽ� ���� �ӵ��� ���ϴ� ���̴�.
3.�þ� �� �ⱸ
(1) �þ�
�þ��  �� �Ǵ� ����  �ʿ䷮  rm kio {3}  1��  rm nahso {3}   1��  �츻  ���뼺  1��  ������
�� rm kio {3} (potassium iodate) : m.w214.00 g/mol, ������ ��� �������� ���� ��ȭ��.
���� ���� ���ص�9.16 g/100 ml (25 ��c)������ ki ��׿��� �� ��´�.
���̿������ koh�� ��ȭ ������ ���� ��� ���̴�.

�� rm nahso {3} (sodium bisulfite �Ǵ� sodium hydrogen sulfite) : m. wxxxx

xx. xx g/mol,
������ �����Ͽ� ä��� ����.
(2) �ⱸ
�ⱸ��  �԰�  ����  ���� �ö�ũ  100ml  1��  250ml  1��  ��Ŀ  100ml  10��  ���� ����  10ml  1��  ���� �Ǹ���  10ml  10��  ������Ʈ  2��  �ʽð�  1��
4.���� ���
(1) 0.020m kio3 ����� �غ�
�츻 1g�� ������ ������ �� 50ml�� �ְ� ��� �츻�� ����� Ǭ��.
�츻 ����� �����Ͽ� �������� ������ ������ ������.   (���� ����)

���� ���� ������

요오드산 칼륨(KIO3 ; potassium iodate), 아황산수소나트륨(NaHSO3 ; sodium bisulfite), 녹말(starch), 증류수, 눈금실린더, 부피플라스크, 비커, 전자저울, 유리막대, 약수저

* 실험 방법

1. KIO3 용액(P)과 NaHSO3 용액(S)을 다음과 같이 만든다.

    * P용액 : 0.05 M KIO3 1.0 L

      → 10.7 g의 KIO3 가루를 600 mL 가량의 증류수에 완전히 녹인 후 증류수를 더 넣어 1.0 L가 되도록 함.

    * S용액 : 0.05 M NaHSO3 용액 + 녹말 용액 1.0 L

      → 2.6 g의 NaHSO3를 600 mL 가량의 증류수에 완전히 녹인 후 1%의 녹말용액(물89.1 mL + 녹말 0.9 g) 90 mL를

         넣고 증류수를 더 넣어 1.0 L가 되도록 함.

2. 위에서 준비한 용액을 아래 표와 같이 희석한다.

P 용액 번호0.5 M KIO3
용액 부피(mL)증류수
부피 (mL)S 용액 번호0.05 M NaHSO3 용액 부피(mL)증류수
부피 (mL)P1500S1500P2428S2428P33614S33614P43218S43218P52822S52822

3. 준비된 P비커를 들고 S비커에 동시에 부어 넣는다.

4. 색 변화를 관찰한다.


반응속도[反應速度, reaction rate]

  단위 시간당 반응물질의 농도 변화 또는 단위시간당 생성물질의 농도 변화를 반응속도라고 한다.

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

자동차의 속력은 일정 시간 동안에 간 거리를 말한다.

즉,

$$ \frac{h_{2}-h_{1}}{t_{2}-t_{1}}= \frac{\Delta h}{\Delta t} $$

예를 들면, 30분 동안에 자동차가 45 km를 갔다면 그 자동차의 속력은 90 km/h가 되며, 그 값이 클수로 자동차는 빠른 속력으로 움직이는 것을 의미한다.

이와 비슷하게 반응속도는 일정 시간 동안의 반응물질 또는 생성물질의 농도 변화를 말한다.

일정한 시간 동안에 반응물질의 농도 변확 크면 클수록, 또는 생성물질의 농도 변화가 크면 클수록 반응속도는 크다.

반응 Reactant → Product의 경우,

$$ v= \frac{\Delta [P]}{\Delta t}= -\frac{\Delta [R]}{\Delta t} $$

이 된다.

위 식에서 반응속도를 반응물질의 농도 변화로 나타낼 때 ( - )를 붙인 것은 반응속도는 음의 값을 가질 수 없으므로 그 값을 양수로 만들어 주기 위한 것이다. 


시계반응

  HSO3-이온이 있는 어떤 용액에 IO3-의 용액, 그리고 녹말 용액이 섞이면 이 혼합물은 잠시동안 무색으로 있다가 갑자기 짙은 푸른색으로 변한다. 이러한 관찰은 1880년경에 Landolt에 의해 처음으로 보고되어 이 시계반응을 Landolt 반응이라고도 한다. 반응속도는 혼합물과 IO3-이온의 초기 농도에 따라 변하며, 혼합물의 온도와 용액의 pH에 따라 변한다. 시계 주기는 혼합물에 들어 있는 이온의 농도에 반비례하며, 온도가 높을수록, pH가 낮을수록 짧아진다. 이 반응은 I3-나 I5-가 아밀로오스의 나선구조 사이에 끼어 색이 나타나는 것으로 전체 과정은 다음 일련의 식으로 나타낼 수 있다.

IO3-(aq) + 3HSO3-(aq) → I-(aq) + 3SO42-(aq) + 3H+(aq)  ····· ①

IO3-(aq) + 8I-(aq) + 6H+(aq) → 3I3-(aq) + 3H2O(l) ····· ②

I3-(aq) + HSO3-(aq) + H2O(l) → 3I-(aq) + SO42-(aq) + 3H+(aq) ····· ③

2I3-(aq) + 녹말 → 녹말-I5-착물(푸른색) + I-(aq) ····· ④

반응①에서 HSO3-이온은 IO3-이온을 I-이온으로 환원시킨다. ②에서 I-이온은 IO3-이온에 의해 I3-이온으로 산화된다. I3-이온은 반응④에서 용액을 푸른색으로 변하게 하는데 ③의 반응이 먼저 일어나 푸른색을 나타내지 못하게 한다. 반응③에서 I3-이온은 HSO3-이온에 의해 I-이온으로 환원되는데 HSO3-이온이 모두 소모될 때까지 이 반응이 일어나 ④의 반응을 지연시킨다. 이 시간이 시계 주기이다. 만약 HSO3-이온의 초기 농도가 IO3-이온이 초기 농도의 3배보다 크면 반응②에서 생성된 모든 I3-이온을 소모해 색 변화가 일어나지 않는다.

시계 반응 실험은 온도에 의한 영향을 매우 크게 받는다. 여름에는 실험이 잘 되어도 겨울이 되면 시험이 잘 안될 가능성이 크다. 따라서 겨울철에는 농도를 조금 더 진하게 하거나 실내 온도를 20℃ 이상으로 유지해야 한다.

반응형

[화학 반응 속도] 시계 반응 실험

 

---------------------------------------------------

 

1. 실험 목적

 

화학 반응 속도는 ① 반응물 농도, ② 반응 온도, 그리고 ③ 촉매의 영향을 받는다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/10421 )

 

이 실험에서는 반응물의 농도 변화에 따른 반응 속도를 측정함으로써

반응 속도에 미치는 농도의 영향을 알아보고, 또한 반응 차수 및 속도 상수를 구한다.

 

 

 

 

2. 이론

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

> 반응 속도: 시간에 따른 반응물 또는 생성물의 농도 변화

> 속도 법칙: 반응 속도를 속도 상수와 반응물의 초기 농도와의 관계로 나타낸 식

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2668 )

 

 

반응 속도는 단위 시간당 반응물 또는 생성물의 농도 변화로 정의되며,

반응물 중의 하나가 소모되는 속도

(또는 생성물 중의 하나가 생성되는 속도)를 관찰하여 결정할 수 있지,

화학 반응식만으로는 결코 그 값을 알 수 없다.

즉, 반응 속도는 실험을 통해서만 결정할 수 있다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/30 )

 

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

여기서 k는 속도 상수, m과 n은 반응 차수이다.

반응 차수는 실험에 의해 결정되며(보통 0, 1, 2와 같은 정수),

화학양론적 계수인 a, b와는 무관하다.

 

 

 

다음과 같은 요오드화 이온과 과산화이황산 이온과의 반응을 살펴보자.

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

여기서 이온의 농도는 mol/L로 나타낸다.

 

 

반응 속도는 (2)식에서 보듯이 반응물의 농도에 영향을 받는다.

이 밖에도 반응 속도는 온도와 촉매의 영향을 받지만

이 실험에서는 반응 속도에 미치는 농도의 영향만을 살펴볼 것이다.

 

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

반응 (3)은 반응 (1)에 비하여 훨씬 빨리 진행된다.

 

그러므로 반응 (1)에서 생성된 I2 분자는

같은 반응 용기에 들어 있는 S2O3^2- 이온과 재빨리 반응하여 없어지게 되어

S2O3^2- 이온이 완전히 소모되지 않은 한 I2 분자의 농도는 영(zero)이다.

 

 

반응이 진행되어 S2O3^2- 이온이 모두 소모되면

반응 (1)만이 일어나므로 I2 분자가 용액 속에 남게 된다.

 

I2 분자가 녹말과 반응하여 청색의 착물을 형성,

그 결과 용액의 색깔이 청색을 띠게 되어

일정량의 S2O3^2- 이온이 모두 반응하여 없어지는데

소요되는 시간을 알 수 있게 된다.

( 보충설명 https://ywpop.tistory.com/22823 )

 

 

 

반응 (1)에서 1몰의 S2O3^2- 이온에 의해서 1몰의 I2 분자가 생성되는데,

이 1몰의 I2 분자는 반응 (3)에 따라 2몰의 S2O3^2- 이온과 반응한다.

 

그러므로 반응이 시작되어 청색이 나타나는 순간까지 소모된 S2O3^2- 이온의 몰수는

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

따라서 일정량의 I^- 이온 및 S2O3^2- 이온의 양을 정확히 재어 반응 용기에 넣고,

여기에 정확한 양을 알고 있는 소량의 S2O3^2- 이온 및 녹말을 가하여,

반응이 시작되는 순간부터 용액이 변색될 때까지의 시간을 측정하면

일정량의 반응물이 반응하는데 소요되는 시간을 알 수 있으므로 반응 속도를 구할 수 있다.

 

 

반응 속도는 단위 시간에 감소하는 반응물의 농도로써 주어지므로

여러 가지 농도를 써서 위와 같은 실험을 하면

반응 속도를 구하는데 필요한 데이터를 얻을 수 있다.

 

 

 

 

3. 기구 및 시약

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

 

 

4. 실험 방법

 

1) 다음 표와 같은 용액을 조제한다.

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

2) 100 mL 삼각 플라스크(반응 플라스크) 및 50 mL 비커에

조제한 용액을 상기 표의 양만큼 피펫을 사용하여 각각 정확하게 가해 놓는다.

 

3) 반응 플라스크에 magnetic bar를 넣고 교반기를 작동시킨다. 초시계를 준비한다.

 

4) 50 mL 비커 속의 용액을 신속하게 반응 플라스크에 가한다.

동시에 반응 시작 시간을 기록한다.

 

5) 반응 용액이 청색으로 변할 때까지의 시간을 기록한다.

 

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

1) 녹말 용액 조제법: 끓고 있는 증류수 50 mL에 약 0.5 g의 녹말을 넣고

맑은 용액이 될 때까지 끓인다(100 mL 삼각 플라스크 사용).

2) (NH4)2S2O8 용액은 오래(며칠 동안) 방치하면 분해되므로

사용 직전에 조제한다.

3) 반응 혼합물을 희석시킬 때(똑같은 양, 50 mL로 만들 때)

물 대신 KCl 용액을 사용하는데 이것은 반응 속도에 영향을 미치는

반응 혼합물의 이온 세기를 일정하게 유지하기 위함이다.

 

 

 

 

※ 자료 처리에 대한 내용은 [첨부 파일]을 참고하세요.

시계반응실험(수정).hwp

0.05MB

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/26 ] 1차 반응

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/25 ] 2차 반응

 

 

 

아이오딘 시계반응 반응속도식 - aiodin sigyeban-eung ban-eungsogdosig

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/7894 ] 비타민 C 정량분석

 

 

 

[키워드] 시계 반응 기준문서, 시계 반응 실험 기준문서, 시계 반응 사전, 시계 반응 실험 사전

 

 

 

[애드센스 리포트] 2022년 9월 상위 실적 페이지

[구글 리포트] 2021년 9월 인기 상승 페이지

 

 

그리드형(광고전용)

공유하기

게시글 관리

구독하기좋은 습관

저작자표시 비영리 동일조건

  • 카카오스토리
  • 트위터
  • 페이스북

'일반화학 > [14장] 화학반응 속도론' 카테고리의 다른 글

아레니우스 식. 속도 상수의 온도 의존성 ★  (1)2017.06.070차 반응. 0차 반응속도. 고체 표면에서의 기체 분해 반응  (0)2016.12.18온도가 높아지면 왜 정반응, 역반응 속도가 동시에 빨라지게 되나요  (0)2016.10.04속도상수(k)의 온도 의존성과 활성화에너지(Ea)  (2)2016.01.16반응 속도. reaction rate. 평균 반응 속도 ★  (6)2014.07.08활성화 에너지 (activation energy, Ea)  (0)2012.07.02반응 차수. 2차 반응 (second order rxn)  (0)2012.06.29반응 차수 - 1차 반응(first order rxn)  (0)2012.06.28