[물리화학실험]가시광선 분광기를 이용한 약산의 해리상수 결정

1. 실험 목적
1.1. 가시광선 분광기를 이용하여 약산성을 띠는 지시약의 해리상수를 측정한다.
1.2. 본 실험을 통해서 몰농도에 대한 기초, 해리상수 및 해리도에 대한 이론, 흡광도왿� 해리상수왿�의 관계 및 이론, 가시광선 분광기의 기본 원리 및 사용법을 익힐 수 있다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 실험 요약
지시약으로 쓰이는 티��블루(thymol blue)는 수용액에서 약산으로 작용하여 부분적으로 해리하는데,이때 이온화된 성분과 이온화되지 않는 성분은 가시광선 영역의 서로 다른 파장에서 최대 흡광도를 나타낸다. 이 지시약의 평형점을 나타내는 나 p값은 가시광선 영역에서 분광기를 이용하여 측정할 수 있다. 즉, 파장 400~700㎚ 사이에서 온도를 일정하게 하고 묽은 HCl, 묽은 NaOH, pH가 고정된 완충 용액에 일정 농도의 티��블루를 용해시키고 흡광도를 측정하면 이 결과로부터 지시약의 해리상수 를 계산할 수 있다.

<중 략>

특히 200~400㎜의 파장을 갖는 빛을 근자외선이라고 한다. 근자외선이나 가시광선은 모두 분자의 전자 에너지 준위간의 전이를 일으킬 수 있다. 가시광선 분광법과 근자외선 분광법은 동일한 실험 장치를 사용해서 스펙트럼을 얻게 되므로 자외선-가시광선(UV-VIS) 분광법이라고 한다. 약간의 차이가 있다면 가시광선은 자외선보다 에너지가 작아서 특정한 분자들의 전자 전이만을 일으킨다. 특정한 분자들이란 전자 분포가 상당히 느슨한 분자들을 말한다. 이러한 특정 분자들이 가시광선의 한 파장을 흡수하게 되어 색깔을 띠게 되는 것이다.
나. UV-VIS spectroscopy의 원리
외부에서 적당한 파장의 빛(이 경우 자외선 또는 가시광선 영역)을 분자에 쬐어주면 일정한 전자파 에너지를 흡수하여 들뜬 상태의 높은 에너지 상태로 변하는데 이것을 “분자전이"라고, 이러한 상호작용 시 반사, 산란, 흡수, 형광/인광, 광화학적 반응이 일어나는데, 이 중 흡수 과정만 측정한 UV-VIS 스펙트럼을 이용한 것이 UV-VIS spectroscopy이다. (흡수: 복사 에너지가 물질에 의해 흡수되어 물질과 에너지 사이에 작용이 일어나는 것.)