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일반화학실험 | 비누만들기 – Making Soap (Saponification)
강한 염기에 의하여 에스테르가 분해되는 반응을 비누화 반응이라고 한다. 다시말하면, 에스테르류가 가수분해되어 카르복시산과 알코올이 되는 반응.
Source: chemup.tistory.com
Date Published: 5/28/2021
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일반화학및실험 비누화반응 레포트 – 해피캠퍼스
1. 실험목적 기름을 이용해서 비누를 만들어보고, 이 합성에 이용되는 비누화 반응에 대해 알아본다. 2. 실험원리 비누화 반응은 고급 지방산 …
Source: www.happycampus.com
Date Published: 9/20/2022
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[자연과학]일반화학실험 – 비누화반응 실험화학실험결과
수산화나트륨으로 비누화 반응을 시키면 글리세롤과 비누인 스테아르산나트륨이 만들어진다. 가장 흔한 지방은 폴리하이드록시 알코올인 글리세롤과 긴 …
Source: areport.iwinv.net
Date Published: 8/30/2021
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비누화 반응 by 연연 조나 – Prezi
#염석 효과. 실험 방법. => 지방과 수산화나트륨을 반응시킨 용액에서 형성된 비누. 분자들이 덩어리를 형성하도록 하기 …
Source: prezi.com
Date Published: 3/22/2021
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[일반화학실험] 비누화 반응실험
실험 방법, 5. 실험 결과, 6. 검토및 토의 , 7. 결론, 8. 참고 문헌, FileSize : 33K , [일반화학실험] 비누화 반응실험화학실험과제 , 비누 합성세제 예비레포트 결과 …
Source: www.allreport.co.kr
Date Published: 2/7/2021
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실험34. 비누화 반응 – 레포트월드
실험34. 비누화 반응 ① 계면활성제 1) 음이온 계면활성제(Anionic surfactant) 물에 녹았을때 계면활성을 발휘하는 부분이 음이온으로 해리하는 소수.
Source: m.reportworld.co.kr
Date Published: 2/18/2021
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일반화학실험-비누화반응 실험 – 씽크존
일반화학실험-비누화반응 실험. 상품번호: TZ-SHR-127943; 등록일자: 2013.11.08; 분량: 9 page / 40.5 KB; 포인트: 1,000 Point 문서공유 포인트 적립방법 안내 …
Source: www.thinkzon.com
Date Published: 9/24/2021
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주제에 대한 기사 평가 비누화 반응 실험
- Author: 최현송
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- Date Published: 2019. 11. 16.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=CdT-1H1fKlE
일반화학실험 | 비누만들기 – Making Soap (Saponification)
TIP 비누 만들기를 통해서 계면활성제의 작용을 이해하고 비누의 원리를 이해한다.
계면활성제의 소수성 탄화수소 사슬이 비극성의 유기 분자 쪽을 향하면서 유기 분자를 둘러싸게 되면 친수성 부분이 극성의 물 쪽에 노출되어서 전체적으로 커다란 극성 분자처럼 보이는 상태가 되는데 이를 에멀젼이라고 부르며, 비누과 합성 세제가 대표적인 계면 활성제 이다. 비누는 동물성 지방이나 식물성 기름을 수산화나트륨과 반응하여 생긴 지방산의 알칼리 염이다. 지방이나 기름은 글리세롤과 지방산의 반응에서 생기는 트라이글리세라이드 종류의 에스터이다.
지방이나 기름을 형성하는 지방산으로는 스테아르산이나 팔미트산과 같이 10개 이상의 탄소가 단일 결합으로 연결된 포화 지방산과 올레산이나 리놀산과 같이 이중 결합을 가진 불포화 지방산 등이 있다. 일반적으로 포화 지방산의 알킬기는 직선형의 긴 사슬 모양이기 때문에 서로 잘 겹쳐지지만, 불포화 지방산의 알킬기는 구부러진 모양이다. 따라서 일반적으로 포화지방에서 만들어진 트라이글리세라이드는 상온에서 고체의 지방이 되고, 불포화 지방산에서 만들어진 트라이글리세라이드는 액체의 기름인 경우가 많다. 지방이나 기름을 센염기와 반응시키면 카복실기가 떨어져 나오면서 지방산의 염과 함께 글리세롤이 형성된다. 이때 만들어진 지방산의 염이 비누이다. 비누 분자에서 긴 사슬 모양의 알킬기가 소수성을 나타내고, 카복실기가 친수성을 나타내기 때문에 계면활성제로 작용하게 된다.
비누화 반응
강한 염기에 의하여 에스테르가 분해되는 반응을 비누화 반응이라고 한다. 다시말하면, 에스테르류가 가수분해되어 카르복시산과 알코올이 되는 반응. 즉 에스테르화반응의 역반응이다. 예전에는 유지(油脂)·밀랍에 수산화알칼리를 반응시켜 비누·글리세롤 또는 고급알코올을 만드는 반응을 가리켰다. 반응식은 다음과 같다.
동물성 지방이나 식물성 기름 속에는 글리세릴 에스테르라는 화합물이 포함되어 있다. 자연에서 발견되는 대부분의 글리세릴 에스테르는 한 종류 이상의 카르복실기를 가지고 있는데 이러한 에스테르 화합물을 염기용액과 함께 가열하면 글리세롤과 지방산 염으로 가수분해 된다. 이러한 과정을 비누화반응(Sapoinfication : base-promoted ester hydrolysis) 이라고 한다.
일반적으로 비누화반응은 산 또는 염기(알칼리, 鹽基)를 촉매로 사용한다. 염기에 의한 촉매작용이 일반적으로 산에 비해 강하므로 염기에 의한 비누화가 더 잘 일어난다. 이 경우 생성물질인 카르복시산은 염의 형태로 되기 때문에, 용매로는 알코올 또는 알코올과 물의 혼합용매를 사용하고 염기로는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 이론적 양의 3배 가량 사용해서 30분∼1시간 정도 끓여 비누화를 일으킨다. 산성에서의 비누화는 공업적으로 유지에서 글리세롤을 만드는 경우에 쓰이지만 촉매로 사용하는 묽은 황산이 유지와 혼합되지 않으므로 에멀션화제(유화제)를 사용해 에멀젼화하여 혼합한다.
여기서 n은 고급지방산의 산기로서 탄소 6개 이상의 지방산이 사용된다.
비누는 대표적인 계면활성제로서 분자의 한쪽에는 친수성기가 있고 반대쪽에는 친유성기(소수성)를 가지고 있다. 비누 분자내의 소수성 탄화 수소부분은 더러운 지방질 성분과 결합하여 미셸(micell)을 형성하게 된다. 미셸 표면의 친수성인 카르복실기는 주위의 물 분자와 상호 작용을 통해 옷이나 피부로부터 더러운 지방질 성분을 떼어내게 된다.
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실험 방법
실험 A : 비누 만들기
① 식용유 20 g을(혹은 유지 20g와 올리브유 2g) 비커에 넣고 유리 막대로 저어주면서 35도까지 가열한다.
② 포화 NaOH 용액 6 ㎖와 에탄올 6 ㎖를 넣고 일정한 온도를 유지한 채 잘 저어 주면 서 계속 가열한다.
③ 다시 포화 NaOH 2 ㎖를 넣어 주고 용액이 끈끈하게 될 때까지(색깔은 노란색에서 옅은 노란색의 비누색으로 변화하면서 점도가 높아진다) 약 20분 동안 저어주면서 가열 한다.
④ 다음과 같은 방법으로 비누화 반응이 완결되었는가를 확인한다.
㉠ 손끝으로 문지르면 미끈미끈하면서 엷은 비늘 모양이 된다.
㉡ 나무젓가락 끝에 묻혀서 들어 올리면 끈기가 있다.
㉢ 투명하고 균일한 풀 모양의 용액이 된다.
㉣ 손에 묻힐 때 기름기나 물방울이 느껴지지 않는다.
㉤ 용액 전체가 반투명이고 거품이 있는 상태이다.
㉥ 소량의 알코올을 넣으면 완전히 녹는다.
㉦ 용액에 포화 NaCl 용액 3 ㎖를 여러 번에 나누어 넣고 그때마다 5~6 분씩 가열한다.
㉧ 향료나 염료를 첨가하고, 단단한 종이로 만든 틀에 부어 건조시킨다.
⑤ 비누화 반응이 끝난 용액에 포화 NaCl 용액 3㎖를 여러 번에 나누어 넣고 그때마다 5~6분씩 가열한다. 용액이 불투명하게 되어야 한다.
⑥ 향료나 염료를 첨가하고, 단단한 종이로 만든 틀에 부어 건조시킨다.
실험 B : 합성세제 만들기
① 100㎖ 비커에 1-도데칸올 1g과 진한 황산 1.6 ㎖를 넣는다.
② 다른 100㎖ 비커에 6 M NaOH 4 ㎖와 페놀프탈레인 용액 1 방울을 넣어서 섞는다. 이 용액을 ①에서 준비한 비커에 천천히 붓는다. 용액을 계속 저어주고, 페놀프탈레인의 붉은 색이 없어질 때까지 넣는다. 환기가 잘되는 곳에서 한다.
③ 하얀색의 거품이 생길 때 까지 저어준 후 세제가 굳을 때 까지 기다린다.
④ 증류수와 염화 칼슘을 녹인 물에 같은 양의 세제를 풀어서 거품이 생기는 정도를 비교한다.
실험 C : 글리세린의 회수
비누를 꺼낸 나머지 액은 묽은 염산으로 중화하고 여과하여 불순물을 걸러 내고 증발 접시에 옮겨 농축하고 냉각 후 여과한다. 이 액에 알코올 20 ㎖를 가하고 교반한다. 글리세린을 알코올에 옮긴다. 알코올을 증발농축하면 불순물 글리세린을 얻는다.
그리드형
일반화학및실험 비누화반응 레포트
소개글 “일반화학및실험 비누화반응”에 대한 내용입니다.
목차 1. 실험목적
2. 실험원리
3. 시약 및 기구
4. 실험방법
5. 실험 결과 (Results)
6. 고찰 (Discussion)
7. 참고 문헌 (References)
본문내용 1. 실험목적
기름을 이용해서 비누를 만들어보고, 이 합성에 이용되는 비누화 반응에 대해 알아본다.
2. 실험원리
비누화 반응은 고급 지방산 에스테르와 강한 염기가 만나 알코올과 비누 덩어리가 생성되는 반응이다. 이때 생기는 알코올은 글리세롤로 수분을 흡수하는 작용을 하기 때문에 비누에 그대로 혼합되어 보습제 역할을 한다.
<중 략>
6. 고찰 (Discussion)
1) 포화 NaCl을 넣는 이유, 염석효과에 대한 자료조사
식용유가 들어 있는 비커에 NaCl 같은 물에 잘 녹는 강전해질을 다량 가하면 전해질의 양이 증가하므로 수용액의 이온의 양은 증가하게 되고 녹은 이온들과 용매와의 상호작용도 증가한다. 이렇게 전해질의 농도가 높아지면 상대적으로 무극성이고 용해도가 떨어지는 지방산염은 주위의 이온들에게 자신을 둘러싸고 있던 용매분자를 빼앗기게 되므로 결과적으로 지방산염끼리 뭉쳐져서 침전이 되게 된다. 이와 같이 물속에 전해질이 모두 해리하기 때문에 전해질의 이온보다 극성이 작은 비누 분자들이 서로 엉키는 현상을 ‘염석 효과’라고 한다.
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[size : 40 Kbyte]비누의 제조는 가장 오래된 화학적 합성 중의 하나이다. 시저시대의 독일부족민들이 염소기름을 숯불의 재에서 거른 가성거리와 가열한 것은 현재의 거대한 비누 제조 공정에서와 똑같은 화학반응이다.
에스테르는 염기성 용액에서 반응하여 카르복시산의 나트륨과 알코올을 만든다. 이 반응은 산-촉매 가수분해와 상응하는 염기-촉매 가수분해이고, 이것을 비누화반응이라고 한다. 이 비누화반응이란 용어는 비누라는 말에서 유래된 것이다. 비누는 지방산이라고 불리는 긴사슬 카르복시산의 나트륨염의 혼합물이다.
본래 이 산들은 글리세롤의 에스케르상태로 결합된 것으로서 유지에서 발견된다. 수산화나트륨으로 비누화 반응을 시키면 글리세롤과 비누인 스테아르산나트륨이 만들어진다. 가장 흔한 지방은 폴리하이드록시 알코올인 글리세롤과 긴 사슬 카르복시간인 지방산으로 구성된 에스테르다. 동물성 지방중 가장 흔한 트리스테아린은 이들 중의 대표적인 한 예이다. 예를 들어, 소에서 발견되는 지방인 트리스테아린은 글리세롤과 스테아르산의 트리에스테르이다.
O
CH₂- OH + H – O – C – (CH₂) – CH₃
ㅣ
CH₂- OH + H – O – C – (CH₂) – CH₃
ㅣ
CH₂- OH + H – O – C – (CH₂) – CH₃
O
CH₂ – O – C – (CH₂) – CH₃
` CH – O – C – (CH₂) – CH₃
…(생략)
CH₃ – O – C – (CH₂) – CH₃
글리세롤의 에스테르인 지방은 트리글리세리드라 부르며 다음 일반식을 갖는다.
O
CH₂- O – C – R
CH – O – C – R`
CH₂- O – C – R`
위에서 R은 같거나 다를수 있으며, 포화되어 있거나 불포화 되어 있을 수 있다. 식물성 지방은 불포화되어 있으며 보통 유상의 액체로 얻어지는데 비하여, 동물성 지방은 포화되어 있으며 고체로 얻는다.
산성용액하에서 에스테르의 가수분해와는 달리 비누화반응은 비가역적인 반응이다. 친핵성인 수산화이온이 카르보닐기의 탄소원자에 첨가된다. 센 염기성인 알콕시화이온인 이탈기는 산으로부터 즉시 양성자를 떼어내어 알코올을 만든다. 알코올은 약한 친핵체이므로 염기성용액에서 카르보닐기를 공격하지 못한다. 이처럼 염기성 용액에서는 에스테르화 반응이 일어나지 않는다. 염기성 비누화 반응이 비가역적이기 때문에 에스테르의 염기촉매 비누화반응은 가역적인 산촉매 가수분해반응보다 카르복시산을 더 큰 수득률로 얻을 수 있다.
오늘날의 보통 비누는 단지 긴 사슬의 지방산 나트륨염의 혼합물이다. 원료인 지방이 혼합물이기 때문에 비누는 하나의 혼합물이다. 그리고 그 혼합물은 순수한 염과 똑같이 우리의 손과 의류를 세탁하는데 알맞다. 비누는 조성과 제조방법에 따라 달라진다.
올리브기름으로부터 만들게 되면 캐스틸비누가 되고, 알코올을 첨가하면 비누가 투명하게 되며, 비누를 뜨게 하기 위하여 공기를 주입하며, 또한 향료, 염료, 살균제 등을 첨가하기도 한다. 칼륨염으로 만글면 연성 비누가 된다. 그러나 모든 비누는 화학적으로 거의 같으며, 같은 방법으로 작용을 나타낸다.
비누는 원료유지를 수산화 알칼리(苛性 알칼리)로 비누화하든가, 적당한 방법으로 얻은 지방산을 알칼리로 중화시켜 만든다. 알칼리비누의 주체는 소비량으로 보아 나트륨염인데, 소다비누 또는 경성(硬性)비누라고 하며, 칼륨염은 칼륨비누 또는 연성(軟性)비누라 한다. 알칼리비누(이하 비누라고 하면 알칼리비누를 말한다)는 무수(無水) 상태에서는 일반적으로 에탄올 이외의 유기용제(有機溶劑)에는 잘 녹지 않으나, 함수(含水)비누는 벤진크레졸 등에 녹는 것도 있다. 비누는 함수량, 대기의 상대습도, 온도 등에 따라 습기를 흡수하기도 하고 건조하기도 한다. 이 성질은 구성 지방산의 종류에 따라 현저하게 다른데, 일반적으로 저급(低級) 지방산과 불포화 지방산인 경우와 칼륨염인 경우에 습기를 흡수하기 쉽다. 비누는 수용액 속에서 농도가 낮으면 분자상태로 분산되어 있으나, 농도가 높아지면 분자와 회합하여 미셀을 형성하고 콜로이드와 같은 행동을 한다.
미셀을 형성하기 시작하는 농도를 임계(臨界) 미셀 농도라고 하는데, 비누 분자의 종류온도공존물 등에 따라 약간 변동한다. 비누는 물 속에서 가수분해하며 용액의 pH는 일반적으로 9가 넘는다. 수용액에 알칼리나 알칼리염을 가하면 비누분이 위층으로 분리된다. 이 조작을 염석이라 하며, 경성비누의 제조공정상 중요하다. 또, 비누 분자는 이 친수기(親水基)와 소수기(疎水基)를 동시에 가지고 있기 때문에 큰 계면활성(界面活性)을 지니며, 전형적인 계면활성제로서 기포성(起泡性)에멀션화[乳化] 및 큰 세정 작용을 가진다.
비누의 분자에는 기름에 잘 섞이는 친유성(親油性)이 있는 탄화수소 부분과, 물기에 잘 녹는 친수성이 있는 카르복시기(基)의 두 부분으로 이루어져 있다. 비누가 물에 잘 풀리면 비누 분자들의 친수성 부분이 물 쪽으로 향하여 배열되고, 친유성 부분은 공기를 향하여 배열된다. 그러므로 물의 표면장력이 감소되어 거품이 잘 일게 된다.
비누 분자가 가수분해되면 알칼리성이 되므로 옷에 묻은 때가 녹아서 기름방울이 나온다. 때의 기름방울은 비누 분자의 친유성 부분으로 둘러싸여 콜로이드 입자가 되어 옷에서 떨어져 나가게 된다.
비누는 칼슘이나 마그네슘 이온이 녹아 있는 센물에서는 물에 녹지 않는 고급 지방산의 칼슘이나 마그네슘의 염이 생기므로 비누가 잘 풀리지 않으며, 세탁 작용을 잃게 되는 단점이 있다. 이러한 단점을 개량한 세탁제가 새로 합성되었는데, 이 세탁제는 수용액 속에서 중성이 되며, 센물에도 영향을 받지 않는다.
비누 제조는 유지 또는 지방산에서 비누를 만드는 비누소지공정(素地工程)과, 소지를 각종 제품으로 만드는 소지가공공정으로 이루어진다. 소지 제조법 중에서 염석법이 가장 일반적인데, 유지로 원료를 사용하는 경우를 증비법(蒸沸法), 지방산인 경우를 중화법이라고 한다. 증비법에는 회분식(回分式)과 연속식이 있다. 회분식은 비누화 솥에 유지와 수산화나트륨 용액을 넣고, 여기에 생증기(生蒸氣)를 불어넣어 100℃ 정도로 가열하여 비누화를 시킨다. 여기서 얻는 비누화액을 비누아교라고 한다. 다음에 비누아교에 식염을 가하여 염석하면 비누는 커드(curd) 모양의 덩어리가 되어 위층으로 떠올라, 글리세린이나 불순물, 소량의 비누를 함유하는 수용액(폐액)과 분리된다.
커드비누는 아직 비누화가 안 된 기름이나 글리세린을 함유하고 있으므로 세척염석을 되풀이한 다음, 마지막으로 다시 끓여 불순물이 적은 비누를 얻는다. 중화법의 경우도 대체로 증비법과 같으나, 알칼리는 수산화알칼리 외에 수산화알칼리와 탄산알칼리의 혼합물을 사용한다. 연속법에서도 조작은 회분법과 마찬가지이지만 비누화염석세척마무리끓임의 각 공정으로 이루어진다. 다음에 비누소지는 그 목적에 따라 가공된다. 대표적인 것으로는 기계반죽비누와 틀반죽비누가 있다.
제조
비누 제조는 유지 또는 지방산에서 비누를 만드는 비누 소지 공정과 소지를 각종 제품으로 만드는 소지 가공 공정으로 이루어진다. 소지 제조는 비누화 염석법 또는 중화법에 의해 만들어진다.
1)비누화 염석법
정제된 원료 유지를 수산화나트륨 수용액과 함께 가열하여 충분히 비누화 후 식염을 가하면 비누는 진한 식염수에 용해되지 않으므로 상층에 분리된다. 하층에 분리된 부생 글리세롤, 식염 기타 불순물을 포함하는 폐액을 제거한 후, 또 염석을 되풀이하여 불순물을 제거하고 소지 비누로 만든다. 전 공정에 5~6일이 걸린다.
2) 중화법
유지를 미리 고급지방산과 글리세롤로 가수분해하고, 이 지방산을 수산화나트륨 또는 탄산나트륨으로 중화하여 소지 비누를 만든다. 최근에는 지방산과 알칼 리가 정량펌프에 의해 일정 비율로 보내지고, 중화 공정이 연속적으로 극히 단시간에 행해져 합리화되어 있다. 소지 비누에 산화 방지제. 착색제, 향료, 자극 완화제, 세척력을 높이기 위한 빌더 `축합 인산나트륨, 탄산나트륨, 규산나트륨 ` 표백제 세척물을 더욱 희게 하기 위해 형광 증백제 등이 가해진다. 화장비누에 있어서는 소지 비누의 가공법으로 틀 내림법과 기계 내림법이 있다. 틀 내림법은 따뜻한 유동상의 소지 비누에 각종 배합제를 혼합하고, 냉각틀 속에 주입하여 냉각고화시켜 절단 건조 형뜨기 한 후 포장하여 제품화한다. 기계내림법은 따뜻한 유동상의 소지 비누를 칠링롤로 필름모양으로 냉각 고화시켜 리본형으로 잘라 건조기에 넣는다. 건조칩에 각종 배합게를 혼합해 롤러로 이것을 고르게 이겨 리본형 비누조각으로 만든 후 압툴기에 넣어 막대 모양으로 압툴시켜 절단 형뜨기 포장하여 제품화한다. 화장비누에는 이 2가지 방법외에 기포를 혼입한 물에 뜨는 비누 글리세롤 설탕 알코올 등을 배합하여 투명화한 투명비누 수산화나트륨 대신 수산화칼륨을 칼륨비누 등이 있다. 고형 세탁비누는 화장비누와 거의 같은 방법으로 제조된다. 각종 배합제를 섞은 소지 비누를 칠링롤로 필름형으로 냉각 고화시켜 직사각형으로 절단하여 플레이크 모양의 세탁비누가 되고 또 탑속에 분사하여 입상으로 고화시켜 비드모양의 세탁비누가 된다.
3. 실험 기구 및 시약
실험 기구
Heating기 ( 가열할 때 사용 )
피펫 ( 수용액층 제거할 때 사용 )
비커 ( 재료 혼합할 때 사용 )
메스실린더 ( 증류수의 양을 측정할 때 사용 )
온도계 , 유리막대 , 종이컵
시약
돈지 50g , borax 2.0g , ZnO 0.2g , NaOH 8.0g , lanoline 0.5g
4. 실험 방법
1) 필요한 양의 시약을 준비해 놓는다.(위의 시약 사용량대로)
2) 증류수 50ml에 NaOH 8.0g을 녹이고 방치해둔다.
3) 돈지 50g을 증류수 50ml에 첨가한다.
4) Heating기에 놓고 녹을 때까지 가열한다.
5) 다 녹으면 Heating기를 끄고 25ml의 차가운 물을 넣어 준다.
(우리조는 미리 25ml 증류수를 냉장보관함)
6) 지방이 굳을 때까지 방치한다.
( 상온에서 냉각을 시키면 시간이 오래걸리므로 얼음물에 중탕하는 방법 으로 급냉 시킨다.)
7) 지방이 다 굳으면 유리 막대로 지방층에 구멍을 낸다
8) 그 구멍에 피펫으로 지방 아래층의 수용액층을 제거한다.
9) 비커에 남은 지방을 바닥으로 다시 모으고 가열하여 녹이고 계속해서 저 어준다.
10) 다 녹으면 앞에 방치해 둔 수산화나트륨 수용액을 조금씩 가해준다.
11) 온도가 85 ~ 90 이 될 때까지 가열하고 진한 물처럼 될 때까지 가열한 다.
12) 여기에 ZnO 0.2g , lanoline 0.5g , Barox 2.0g을 첨가한다.
13) 종이컵에 붓고 일주일 정도 놓아둔다.
14) 제조된 비누의 무게를 측정하고 수율을 구한다.
5. 계산 및 결과
비누를 제조하기 위해 우리 조가 사용한 시약의 양은 다음과 같다.
위에서 사용한 시약의 총량은 110.818g이다.
그리고 나중에 제조된 비누의 질량은 88.7g이다.
따라서 수율은
= 88.7/110.818 100 = 80.04%
그런데 이론 생성량은
이 반응식을 통해서 구할수 있다.
먼저, 돼지지방의 분자량이 891.5g/mol이고 사용한 질량은 50g이므로 돼지지방의 몰수는 891.5/50 = 0.056mol이다.
돈지 50.1g borax 2.01g
ZnO 0.198g
NaOH 8.0g
lanoline0.51g 증류수 50g
돼지지방과 나트륨염의 몰비가 1:3이므로
1 : 3 = 0.056 : x 따라서 x = 0.168mol이다.
나트륨염이 비누이므로 0.168mol이 생성되어야 한다.
나트륨염의 분자량은 306.5g/mol이므로 나트륨염의 생성량은
306.5g/mol 0.168mol = 51.492g 이다.
또, 여기서 50ml의 증류수에 8g의 NaOH를 사용해줬는데 이론값은 다음과 같다.
891.5 : 3 40 = 50 : x
따라서 x = 6.73g이다. ` 실제 사용해야하는 NaOH량
50ml : 8.0g = y : 6.73g
따라서 y = 42.06ml 약 42ml이다. ` 실제 사용해야할 증류수량
6. 결과 고찰
이번 실험에서는 돼지지방을 이용하여 비누를 만들었다. 제조된 비누는 약간 진한 노란색을 띠었고 손 끝에 묻혀 문질러 봤을 때 미끄럽고 얇은 막이 생겼다. 또, 녹은 내용물이 반투명했고 균일했다.
이 실험을 통해 제조된 비누의 수율은 80.04% 로 나왔다. 수율을 계산할 때 많은 의견대립이 있었다. 원래 수율은 최종 산물의 질량을 사용했던질량으로 나누어 주는 걸로 알고 있는데 다른 조들도 그렇구 다들 비누의 질량을 이론적으로 생샌되어야 하는 양으로 나누어주는 것이었다. 그것 때문에 늦게 수율을 계산하게 되었는데 우리 조는 그냥 우리가 생각했던 대로 하기로 했다. 조교선생님의 말로는 NaOH수용액을 50ml 다 넣으면 수율이 100% 가 넘는다고 하였는데 그 부분이 이해가 안갔다. 그러면 왜 실험 방법에 그렇게 하라고 기재해 놓았는지…첨부터 앞의 반응식을 보고 계산하라고 하는게 낫지 않았을까 하는 생각이 든다. 그리고 수율이 어떻게 100%가 넘어가는지도 이해가 가지 않는다. 당연히 반응을 할 때 사용량보다 더 많아질수는 없기 때문에 100%기 넘을 수 없다고 생각한다.
Report #2
1. 실험제목 : 비누화 반응
2. 실험날짜 : 2003년 9월 17일
3. 실험 조 및 공동 실험자 :
4. 실험목적
동물성과 식물성 기름을 이용해서 비누(soup)를 만들어 보고, 이 합성에 이용되는 비누화 반응(saponification)에 대해 이해한다.
5. 서론과 원리
1) 서 론
비누는 동물성 지방(fat)이나 식물성 기름(oil)을 수산화 나트륨과 반응하여 생긴 지방산(fatty acid)의 알칼리 염이다. 비누의 역사는 기원전 2500년경에 중동의 사마리아인에게까지 올라간다. 현대 화학이 발전하기 전에는 지방이나 기름에 나무나 짚의 태운 재에서 얻은 잿물을 넣어서 비누를 만들어서 사용했다. 잿물에는 탄산나트륨과 탄산 칼륨이 들어있다.
2) 비누제조의 원리
(1) 유지는 고급 지방산의 글리세린 에스테르로서 유지에 알칼리를 작용시키면 고급 지방산의 염과 글리세린이 된다. 이와 같은 반응을 비누화 반응이라 한다.
(ROO)3C3H5 + 3NaOH → 3RCOONa + C3H5(OH)3
여기에 염화나트륨을 가하여 염석하면 비누성분(지방산 나트륨염)은 위로 떠오르고, 글리세린은 아래에 남는다. 이것을 분리하여 마무리 손질하고, 적당한 향료를 섞으면 비누가 된다. 원료 유지의 종류에 따라 비누화 값이 다르므로 수산화 나트륨의 농도는 적당히 조절하는데 유지 100에 대하여 수산화나트륨의 양은 13.5정도로 한다. 예를 들면 쇠기름은 10%농도, 콩기름이나 면실유는 3% 야자유는 15% 이상이 좋고 올리브유는 어떤 농도라도 비누화가 잘 된다. 거품이 잘 나는 비누는 쇠기름과 야자유를 7:3의 비율로 섞은 것을 사용한다.
(2) 비누는 분자 안에 소소성기(탄화수소기)와 친수성기(-COONa, -COOK)를 같이 가지고 있어서 소수성기는 기름 부분을 잡아 당기고, 친수성 부분은 물을 잡아당기므로 기름때 입자를 물 속으로 분산시켜 세탁작용을 한다.
3) 비누제조의 여러 가지 방법
(1) 감화법
유지를 알칼리와 함께 가열하면 유지가 가수분해되어 지방산나트륨인 비누와 글리세롤을 생성하는데 이 같은 유지의 가수분해를 감화라 한다.
(2) 중화법
유지를 산이나 금속산화물 같은 촉매를 쓰고 고온고압에서 가수분해하여 글리세롤과 지방산으로 분해하여 얻어진 지방산을 정제한 수 염기로 중화시킨다.
(3) 에스테르 교환법
유지를 촉매 존재하에 메탄올과의 에스테롤 교환에 의해 지방산 메틸에스테르가 생성되 글리세롤이 분리되는 데 이때 얻어진 지방산 메틸에서테르를 증류에 의해 정제한 수알칼리로 감화하면 비누와 메탄올이 생성된다.
4) 이 론
(1) 비누화반응(Soapinfication : base-promoted ester hydrolysis)
에스테르화의 역반응. 예전에는 유지나 밀랍으로부터 비누를 만들어 내는 반응을 비누화 반응이라 말하였으나 현재는 에스테르가 가수 분해를 일으켜 카르복실산과 알코올을 생성하는 반응을 말한다.
RCOOR′ + H2O `-` COOH + R′OH (R, R′는 Alkyl)
비누화를 촉진시키기 위해서는 산 또는 알칼리를 첨가하는 편이 효과가 더 크다. 이 때에는 생성물인 카르복실산은 알칼리염으로 얻게 되며 수산화칼륨, 수산화나트륨을 사용한다. 한 편 산을 첨가하는 예로서는 유지로부터 글리세린을 얻을 때에 묽은 황산을 쓰는 수가 있으나, 유지와 산이 잘 혼합하지 않으므로 이때에는 적당한 에멀션화제를 첨가하고 있다.
(2) 비누화 반응의 반응식
O
CH3(CH2)16C O CH2CH3(CH2)16C O CH
OCH3(CH2)16C O CH2
O3NaOH3CH3(CH2)16C ONa
O HO CH2
+ HO CH
HO CH2glyceryltristearate6. 시약 및 기구
1) 시 약 : 유지, 올리브유, 포화 NaOH 용액, 에탄올, 소금(NaCl)
2) 기 구
비커[100mL](beaker), 눈금실린더(measuring cylinder), 시험관(test tube), 알코올 램프(alcohol lamp) 또는 가열기(hot plate), 온도계(thermometer), 석면철망(asbestos wire gauze), 약수저, 교반기(agitator), 증류수(distilled water), 삼발이
7. 실험방법
1) 유지 20g과 올리브유 2g을 비커에 놓고 나무 젓가락으로 저어주면서 35℃까지 가열한다.
2) 포화 NaOH 용액 6mL를 넣고 일정한 온도를 유지하도록 계속 가열한다. 가열하는 동안 비커의 용액을 잘 저어주어야 한다.
※[주의] : 온도는 물 중탕으로 60℃를 유지한다.
3) 다시 포화 NaOH 용액 2mL를 넣어주고 용액이 투명하게 될 때까지 약 20분 동안 저어주면서 가열한다.
4) 비누화 반응이 완결되었는가를 확인하다.
5) 비누화 반응이 끝난 용액에 포화 NaCl 용액 3mL를 여러 번에 나누어 넣고 그 때마다 5~6분씩 가열한다. 용액이 불투명하게 되어야 한다.
6) 향료나 염료를 첨가하고, 단단한 종이로 만든 틀에 부어 건조시킨다.
7) 거품이 생기는지 확인해 본다.
8) 1～3일 정도 방치한다.
9) pH를 재어본다.
8. 실험시 주의 사항
1) 비누가 만들어지는 반응은 속도가 느리기 때문에 충분히 오랫동안 저어주면서 가열해야 한다.
2) 젓기는 반응물들이 잘 섞이도록 해주며, 반응속도를 증가시킬 뿐 아니라, 과열이나 갑작스런 끓어 오름(bumping) 을 방지한다
3) 가열하는 동안 거품이 일면 혼합물이 과열된 경우이므로 혼합물이 갑자기 끓지 않도록 주의한다
4) 중간 중간에 소량의 증류수를 비이커 내벽에 뿌려 비이커의 수위가 25 ml이하가
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