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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 양성호
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국교원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수234
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본 연구에서는 하이드로젤 내 느린 확산과 산-염기 중화 반응에 의한 지시약의 색 변화를 이용하여 세 가지 학교 실험을 개발하였다. 한 이온 물질과 지시약이 포함된 하이드로젤로 해당 이온과 중화 반응이 가능한 카운터 이온을 포함하고 있는 수용액을 확산시켰다. 대조군으로 식용색소 적색 2호를 용해시킨 수용액을 확산시키기도 하였다. 수용액의 농도가 높을수록 확산 거리는 증가하였고, 확산 속도는 확산이 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이를 통하여 픽의 법칙을 시각적으로 간결하게 보여주었다.
매질의 산과 염기 순서를 바꿔보는 실험을 추가적으로 진행하여 수소 이온과 수산화 이온의 유체 역학적 반지름 크기를 시각적으로 비교하였다. 동일한 농도 기울기 조건에서 수소 이온이 수산화 이온보다 확산 속도가 빨랐으며, 실험 결과를 확산되는 화학종의 크기와 관련지어 해석해 보았다. 수산화 이온의 수화 반지름보다 수소 이온의 수화 반지름이 작기 때문에 하이드로젤의 3차원 망상 구조를 더 쉽게 통과하고 빠르게 확산될 수 있었다.
중성에 가까운 pH에서 명확하게 변색되는 지시약을 사용하고 중화 반응에 따른 색 변화를 하이드로젤 공간상에 연속적으로 나타냄으로써 종말점과 당량점을 구분하여 제시할 수 있었다.
본 연구에서 하이드로젤 내에서 일어나는 느린 확산에 산-염기 반응을 접목하여 개발한 학교 과학 실험은 다음과 같다. 1) 농도 기울기에 따른 아가로즈젤 내 물질의 확산 속도 차이를 확인하였다. 2) 아가로즈젤 내 수소 이온과 수산화 이온의 확산 속도를 비교하였다. 3) 아가로즈젤 내 지시약의 연속적인 변색을 분석하였다. 고안된 실험을 통하여 픽의 법칙을 정량적으로 이해하고, 물질의 확산을 유체 역학적 반지름과 관련지어 이해하며, 종말점과 당량점의 개념 분화에 도움을 주는 중등 과학 실험으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
매질의 산과 염기 순서를 바꿔보는 실험을 추가적으로 진행하여 수소 이온과 수산화 이온의 유체 역학적 반지름 크기를 시각적으로 비교하였다. 동일한 농도 기울기 조건에서 수소 이온이 수산화 이온보다 확산 속도가 빨랐으며, 실험 결과를 확산되는 화학종의 크기와 관련지어 해석해 보았다. 수산화 이온의 수화 반지름보다 수소 이온의 수화 반지름이 작기 때문에 하이드로젤의 3차원 망상 구조를 더 쉽게 통과하고 빠르게 확산될 수 있었다.
중성에 가까운 pH에서 명확하게 변색되는 지시약을 사용하고 중화 반응에 따른 색 변화를 하이드로젤 공간상에 연속적으로 나타냄으로써 종말점과 당량점을 구분하여 제시할 수 있었다.
본 연구에서 하이드로젤 내에서 일어나는 느린 확산에 산-염기 반응을 접목하여 개발한 학교 과학 실험은 다음과 같다. 1) 농도 기울기에 따른 아가로즈젤 내 물질의 확산 속도 차이를 확인하였다. 2) 아가로즈젤 내 수소 이온과 수산화 이온의 확산 속도를 비교하였다. 3) 아가로즈젤 내 지시약의 연속적인 변색을 분석하였다. 고안된 실험을 통하여 픽의 법칙을 정량적으로 이해하고, 물질의 확산을 유체 역학적 반지름과 관련지어 이해하며, 종말점과 당량점의 개념 분화에 도움을 주는 중등 과학 실험으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 4Ⅲ. 실험 81. 시약 82. 아가로즈젤의 제조 103. 아가로즈젤 내 느린 확산 12Ⅳ. 결과 및 논의 141. 농도 기울기에 따른 아가로즈젤 내 물질의 확산 속도 142. 아가로즈젤 내 수소 이온과 수산화 이온의 확산 속도 비교 253. 아가로즈젤 내 지시약의 연속적인 변색 분석 31Ⅴ. 결론 36참고문헌 39
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