본 연구는 구과상암 형성의 원리로 알려진 리제강 현상을 화학적으로 실험하여 분석한 것으로 매질의 종류에 따라, 또한 내부전해질과 외부전해질이 바뀌었을 때 같은 리제강 링의 형태가 다르게 나타났다. 매질의 종류로는 한천, 젤라틴, 청포묵을 사용하였으며 한천은 1%, 젤라틴은 2%, 그리고 청포묵은 5%를 포함하여 0.01M 내부전해질 용액을 만들어 12시간동안 실온에서 굳혔을 때 외부전해질의 확산을 실험하기에 적절한 점성도를 유지하였으며 리제강 고리가 각 화학성분의 특성에 따라 선명하게 형성되는 현상을 볼 수 있었다. 용해도곱상수($K_{sp}$)가 $7.9{\times}10^{-9}$는 내부전해질 0.01M KI와 외부전해질 25% $Pb(NO_3){_2}$가 반응하여 생성한 리제강 링 간격이 0.01cm에서 0.12cm로 좁지만 점점 커지는 반면, 가 $8.3{\times}10^{-17}$는 내부전해질 0.01M KI와 외부전해질 25% $AgNO_3$이 반응하여 생성한 리제강 링간 간격은 0.7cm에서 0.45cm로 점점 작아지는 것으로 보아 화학적으로 리제강 링의 생성에서 링 간의 간격이나 전체 링의 생성 크기는 침전 물질의 용해도곱상수와 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
본 연구는 구과상암 형성의 원리로 알려진 리제강 현상을 화학적으로 실험하여 분석한 것으로 매질의 종류에 따라, 또한 내부전해질과 외부전해질이 바뀌었을 때 같은 리제강 링의 형태가 다르게 나타났다. 매질의 종류로는 한천, 젤라틴, 청포묵을 사용하였으며 한천은 1%, 젤라틴은 2%, 그리고 청포묵은 5%를 포함하여 0.01M 내부전해질 용액을 만들어 12시간동안 실온에서 굳혔을 때 외부전해질의 확산을 실험하기에 적절한 점성도를 유지하였으며 리제강 고리가 각 화학성분의 특성에 따라 선명하게 형성되는 현상을 볼 수 있었다. 용해도곱상수($K_{sp}$)가 $7.9{\times}10^{-9}$는 내부전해질 0.01M KI와 외부전해질 25% $Pb(NO_3){_2}$가 반응하여 생성한 리제강 링 간격이 0.01cm에서 0.12cm로 좁지만 점점 커지는 반면, 가 $8.3{\times}10^{-17}$는 내부전해질 0.01M KI와 외부전해질 25% $AgNO_3$이 반응하여 생성한 리제강 링간 간격은 0.7cm에서 0.45cm로 점점 작아지는 것으로 보아 화학적으로 리제강 링의 생성에서 링 간의 간격이나 전체 링의 생성 크기는 침전 물질의 용해도곱상수와 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
This study conducted a chemical experiment on the Leisegang phenomenon, which is known to be the principle of rhyolite formation, and analyzed the results. Even if the same chemical elements precipitated, the shape of Leisegang rings was different according to the condition of medium and depending o...
This study conducted a chemical experiment on the Leisegang phenomenon, which is known to be the principle of rhyolite formation, and analyzed the results. Even if the same chemical elements precipitated, the shape of Leisegang rings was different according to the condition of medium and depending on inner electrolyte and outer electrolyte. The experiment used agar, gelatin and mung-bean jelly as media. We prepared 0.01M inner electrolyte containing agar 1%, gelatin 2% and mung-bean jelly 5% and curdled the solution at room temperature for 12 hours and, as a result, we obtained viscosity optimal for experimenting on the diffusion of outer electrolyte, and Leisegang rings appeared clearly according to the characteristic of each chemical element. In $PbI_2$ with solubility product($K_{sp}$) of $7.9{\times}10^{-9}$ the intervals of Leisegang rings caused by the reaction of inner electrolyte 0.01M KI and outer electrolyte 25% $Pb(NO_3){_2}$ were narrow between 0.01cm and 0.12cmm but increased gradually, but in with of $8.3{\times}10^{-17}$ the intervals of Leisegang rings caused by the reaction of inner electrolyte 0.01M KI and outer electrolyte 25% $AgNO_3$ were between 0.7cm and 0.45cm and decreased gradually. This suggests that, in the chemical formation of Leisegang rings, the interval and size of the rings are correlated with the solubility product of the precipitates.
This study conducted a chemical experiment on the Leisegang phenomenon, which is known to be the principle of rhyolite formation, and analyzed the results. Even if the same chemical elements precipitated, the shape of Leisegang rings was different according to the condition of medium and depending on inner electrolyte and outer electrolyte. The experiment used agar, gelatin and mung-bean jelly as media. We prepared 0.01M inner electrolyte containing agar 1%, gelatin 2% and mung-bean jelly 5% and curdled the solution at room temperature for 12 hours and, as a result, we obtained viscosity optimal for experimenting on the diffusion of outer electrolyte, and Leisegang rings appeared clearly according to the characteristic of each chemical element. In $PbI_2$ with solubility product($K_{sp}$) of $7.9{\times}10^{-9}$ the intervals of Leisegang rings caused by the reaction of inner electrolyte 0.01M KI and outer electrolyte 25% $Pb(NO_3){_2}$ were narrow between 0.01cm and 0.12cmm but increased gradually, but in with of $8.3{\times}10^{-17}$ the intervals of Leisegang rings caused by the reaction of inner electrolyte 0.01M KI and outer electrolyte 25% $AgNO_3$ were between 0.7cm and 0.45cm and decreased gradually. This suggests that, in the chemical formation of Leisegang rings, the interval and size of the rings are correlated with the solubility product of the precipitates.
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문제 정의
본 연구는 냉각속도 이외에 침전을 형성하는 물질들의 화학 성분에 따라 어떻게 다르게 리제강 링이 형성되며 매질의 종류나 상태에 따라 리제강 링의 형성이 다르게 나타나는지, 또한 같은 링이 형성되는 화학조 성일지라도 매질에 녹아있는 이온과 외부에서 가해주는 이온이 달라질 때 링의 형성은 어떻게 다르게 나타나는지를 연구하고자 하였다.
제안 방법
2) 위 실험결과에서 주기적 침전반응이 침전물질의 용해도곱상수(Ksp)와 어떤 상관관계가 있는 지를 실험하기 위해 용해도곱상수의 차이를 볼 수 있으면서 음이온이 모두 할로젠족인 세 가지 화합물을 선정하고 매질을 'Gelatin으로 하여 Table 2와 같이 내부전해질 과 외부 전해질을 선정하여 실험하였다.
각 매질마다의 적절한 점성도를 만들기 위해서는 한천은 1%, 젤라틴은 2%, 그리고 청포묵의 경우는 5%의 용액을 채에 걸러서 사용을 했을 때 같은 흐르지 않는 반고체 상태의 비슷한 점성도를 나타내고 있으며 너무 굳었거나 덜 굳은 상태에서의 유동성이 있을 경우는 리제강 링이 형성되지 않았다. 내부전해 질은 만든 지 12시간이 지난 후에야 외부 전해질을 넣어서 확산시킬 수 있는 상태가 되며, 외부전해질은 비교 실험하는 물질을 같은 시간에 넣어 시간을 링이 생성되는 빠르기 정도를 비교하였다.
이 외부전해질의 용질이 내부 전해질의 용질과 만나서 리제강 링을 생성하게 된다. 여기서 확산속도의 빠르기는 같은 시간에 생성되는 반지름의 길이로 비교하기로 하고, 확산 환경의 온도는 실온으로 변인을 통제 하였다.
성능/효과
1) 난용성 염의 리제강 링의 생성 형태는 매질을 한 천으로 하였을 때 용해도곱상수와 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
2) AgCl, AgBi; 그리고 Agl를 비교한 결과 용해도 곱상수가 가장 큰 AgCle 한천을 매질로 하였을 때 주기적 침전 반응속도가 가장 느리게 나타났으며, 그 다음으로 AgBi; 그리고 Agl순서로 나타났다. 용해도곱 상수가 가장 작은 Agl는 더 정교하게 리제강링이 생성 된다.
3) 같은 난용성염의 생성반응이라 할지라도 내부전해 질을 바꾸면 리제강고리반응의 형태가 변형되며, AgCl 의 주기적 침전반응 속도가 가장 빠르고, AgBi; Agl의 순으로 나타났다. 이는 침전물질과의 이온의 용해도차이가 큰 것이 가장 빠르게 리제강 링이 형성된다.
4) 매질은 Agai; Gelatin, 청포묵으로 바꾸어 보았을 때 매질로서는 Gelatin이 제일 확실한 링을 볼 수 있었으며 Band의 폭은 Agar에서 제일 크게 나타났다.
4) 매질의 종류를 한천, 젤라틴, 그리고 청포묵(Green-pea Jelly)으로 다양하게 하여 실험하였을 때 가장 곰팡이가 심한 매질이 청포묵으로 나타났으며 특히 내부전해질을 0.01M KI로 하고 25% 수용액을 외 부전해질로 하여 침전이 생성되는 반응에서 심하게 나타났다(Fig. 6).
5) 청포묵 매질은 쉽게 곰팡이가 피고 망가지는 단점이 있으나 내부전해질에 이나 이 포함되어 있을 경우, 썩지 않고 오랫동안 정교한 리제강 링이 보존되었다.
실험 결과, 할로겐화은은 침전물의 용해도곱상수가 가장 큰 AgCl이 Gelatin을 매질로 하였을 때, 주기적 침전 반응속도가 가장 느리게 나타났으며 다음으로 AgBr, 그리고 순서로 나타났다(Fig. 4).
후속연구
본 실험을 통해 화산암내에서 겔이 냉각된 경우 방사상형태의 침전이 나타나는 원리를 젤에 포함된 화학 성분과 외부에서 가해지는 화학성분이 반응하여 침전 물질을 이룰 때 주변의 냉각속도나 점성도뿐만 아니라 침전되는 물질의 용해도곱상수와 관련하여 어떤 색과 어떤 형태의 방사상 리제강 링을 만드는지를 실험한 것으로써 젤의 상태가 반고체 상태가 되어야 흐르지 않으면서 너무 굳지 않은 경우에만 두 전해질의 확산이 가능하기 때문에 마그마의 점성도 상태나 유문암의 색이나 상태에 따라 고화 당시의 환경이나 화학성분의 유입 등의 가능성을 생각해 볼 수 있는 자료로서 가치가 있을 것으로 여겨진다.
참고문헌 (10)
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