초산에틸의 검화

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 이론
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 실험고찰
7. 사용기호
8. 참고문헌

본문내용

1. 실험 제목 : 초산에틸의 검화

2. 실험 목적 :
NaOH의 초산에틸의 회분기에서의 반응은 2차반응으로 예상된다. 이 실험을 통해 data를 구하고, 이를 이용하여 2차 반응임을 확인하고 반응속도 상수를 계산하여 이미 구해 놓은 값과 비교해본다.

3. 실험 이론
(1) 검화(비누화, Saponification)
염기 수용액에서 에스터의 가수분해를 흔히 검화(비누화)반응이라고 한다. 가수분해되는 에스터(CH3COOC2H6) 1mol은 다음의 완결된 반응식처럼 1mol의 염기(OH-)를 필요로 한다.
CH3COOC2H6 (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa (aq) + C2H5OH (aq)

(2) 반응속도 데이터 해석
단일상의 반응이 aA + bB → rR + sS 일 때, 반응물 A에 대한 반응속도는 아래와 같다.
-r_A= -1/V∙(dN_A)/dt= (amount of A disappearing)/(volume ∙time), 단위∶[mole/m^3 s]
또한, 물질에 대한 반응속도의 상관관계는 아래와 같다.
-r_A/a= -r_B/b= r_R/r= r_S/s
해당 실험에서 사용되는 초산에틸 검화 반응이 가역반응 및 2차 반응이라고 가정하면 반응속도식은 아래와 같다.
r= 1/V∙dN/dt= (dC_A)/dt= -(K_1 C_A C_B-K_2 C_C C_D)

(N = anytime in a reactor of CH3COOC2H5, V = volume of reacted mixture, K1, K2 = reaction rate, CA = molality of CH3COOC2H5, CB = molality of NaOH,
CC = molality of CH3COONa, CD = molality of C2H5OH)

위 실험에서 CH3COOC2H5와 NaOH의 농도를 같도록 취하며, 발열반응(K1>>K2)이므로 역반응은 무시할 수 있다. 이후 이를 변수분리하고 적분을 하면 아래와 같은 식이 나온다.
(dC_A)/dt= -K_1 〖C^2〗_A
-∫_(C_A0)^(C_A)▒〖dA/C^2 = ∫_0^t▒〖K_1 dt, 1/C_A0 - 1/C_A = 〖K^t〗_1 〗〗
(CA0 = Initial molality of CH3COOC2H5)
위 식을 통해 임의의 시간에서 반응혼합물 내의 초산에틸의 농도를 구할 수 있다.

(3) 미분법
미분법에 의한 해석은 도함수 dCi/dt를 포함하고 있는 식에서 각 항을 구하고 이 식이 실험과 잘 부합하는지를 확인하는 방법이다. 아래와 같은 과정을 통해 시험한다.

참고 자료

William H. Brown ∙ Thomas Poon, 유기화학입문 제6판, 자유아카데미(2017), p.482 (비누화 반응)
Octave Levenspiel, Chemical Reaction Engineering 제3판, WILEY(1999), p.13 (반응속도식)
Octave Levenspiel, Chemical Reaction Engineering 제3판, WILEY(1999), p.68 (미분법)
Octave Levenspiel, Chemical Reaction Engineering 제3판, WILEY(1999), p.45~51 (적분법)
심우만∙이광수 공저, 일반화학 문우당(2010), p.279~280 (적정, 역적정)
MSDS, “염화수소”, https://msds.kosha.or.kr/, (2021.11.22)
MSDS, “수산화나트륨”, https://msds.kosha.or.kr/, (2021.11.22)
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