[실험노트] 일반화학 실험 2. 몰 질량의 측정

1. 실험 제목

: 몰 질량의 측정

 

2. 실험 목적

: 이상 기체 상태의 방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 기체의 몰잘량을 결정한다.

 

3. 실험 이론

: 몰 질량이란 어떤 분자의 개수가 1몰일 때 그 질량을 가리키는 단위이다. 몰 질량의 국제 단위계 단위는 kg/mol 이고 대부분 g/mol 을 많이 사용한다.

이상기체란 이상 기체 법칙을 따르는 기체로 구성 분자들이 모두 동일하며 분자의 부피가 0이고, 분자간 상호작용이 없는 가상적인 기체이다.

상태 방적식이란 기체의 압력과 체적 및 온도 사이에는 어떤 일정한 관계가 성립하는데 이를 나타낸 식이다.

이상기체 상태 방정식은 PV=nRT 이다.

원자나 분자는 매우 작은 입자이기 떄문에 질량을 직접 측정하는 것은 어렵다. 그래서 원자나 분자의 질량을 나타내기 위해 상대적인 방법을 사용한다. 질량수가 12인 탄소를 기준으로 하여 아보가드로 수를 정의한 것과 같이 분자의 몰질량도 1몰에 해당하는 분자의 질량을 탄소원자 1몰의 질량과 비교하여 결정한다.

분자의 몰 질량을 측정하는 방법 중 가장 간단한 방법은 기체의 상태 방정식을 이용하는 것이다. 많은 기체들이 상온 (25'c), 상압(1기압)에서 이상 기체 방정식을 만족하므로 상온 상압 근처의 조건 하에 기체의 부피, 온도, 압력과 함꼐 용기를 가득채우는 데에 필요한 물질의 질량을 측정하면 이상 기체의 상태방정식으로부터 몰질량 M을 계산할 수 있다.

M=WRT/pV

이번 실험에서는 액체를 가열해서 일정한 부피를 가진 플라스크의 내부를 기체로 채운 다음에 플라스크를 다시 냉각시켜 액체로 만들어 질량을 측정하는 방법을 사용한다. 또 피크노미터 플라스크 대신 100ml 둥근 플라스크를 사용한다.

보일의 법칙: 기체의 압력과 부피의 곱은 특정한 값을 갖는다.

샤를의 법칙: 일정한 압력 하에 기체의 부피는 온도에 의해 선형으로 증가한다.

아보가드로 법칙: 일정한 온도 압력 하에 같은 부피의 기체는 같은 입자수를 가진다.

이상 기체: 기체 구성 분자들이 모두 동일하며 분자의 부피가 0이고 분자간 상호작용이 없는 가상적인 기체

 

4. 시약 및 기구

: 100ml 둥근 플라스크, 500ml 비커, 10ml 눈금피펫, 바늘, 온도계, 가열기, 스탠드와 집게, 링, 석면판, 화학저울, 알루미늄박, 거름종이, 50ml눈금실린더, 액체시료(끓는 점이 너무 높지 않고, 냄새와 독성이 강하지 않은 것, 헥산 펜단 아세톤 )

 

5. 실험 방법

-깨끗하게 씻어서 말린 100ml 둥근 플라스크에 알루미늄 박으로 뚜껑을 만들어 씌우고 바늘로 작은 구멍을 뚫는다. 구멍이 작을수록 좋다.

-뚜껑을 덮은 플라스크의 무게를 화학저울을 사용해서 정확하게 측정한다.

-플라스크에 약 3ml의 액체 시료를 넣고 뚜껑을 다시 막고 스탠드에 고정시킨다.

-500ml비커에 물을 절반 정도 채우고 끓을 떄 까지 가열한다.

-플라스크를 비커 바닥에 닿지 않을 정도로 물 속에 깊이 넣는다.

-끓는 물의 온도와 대기압을 측정

플라스크 속의 액체가 모두 기화할 떄까지 기다린다.

플라스크를 비커에서 꺼내면 안된다.

뚜껑에 뚫린 구멍을 옆에서 자세히 관찰하면 빛의 산란 때문에 기체가 새어 나오는 것을 관찰할 수 있다.

-플라스크의 액체가 모두 기화하면 잠시 기다린 후, 플라스크를 끓는 물에서 꺼내 식힌다.

-플라스크 바깥에 묻은 물을 거름종이로 완전히 닦아낸다.

-완전히 말린 플라스크와 뚺의 무게를 다시 측정

-플라스크를 깨끗히 씻은 후 증류수를 가득 채우고, 눈금 실린더를 사용하여 증류수의 부피를 측정하고 이 값을 이용하여 플라스크의 부피 계산.

-한번 더 반복

 

6. 참고문헌

몰 질량 (wikipedia), 이상기체(두산 백과)

일반화학실험(자유아카데미)

 

7. 실험 결과

1)플라스크 + 호일 무게 W1 = 42.285g

2)시료를 액화시킨 후 플라스크의 무게 W2 = 42.085g

3)액화된 시료의 무게 W

W1-W2 = W = 0.2g

4) 시료가 모두 기화하였을 떄의 물의 온도

측정값=66'c

?k = ('c + 273.15'c) x 1K/1'c

66'c = 339.15K

5)기압 : 1atm

6)플라스크의 부피 = 0.0615L

7)액체 시료의 몰질량 M = 90.44

M=wRT/PV = 0.2 * 0.082 * 339.15 / 1 * 0.0615 = 90.44

 

8. 고찰

1) 액체 시료는 무엇인가

몰 질량의 측정실험을 위한 액체시료의 조건은 끓는 점이 너무 높지 않고 (물보다 낮고) 냄새와 독성이 강하지 않은 것이다. 또 기화가 잘 되야 한다.

이에 부합하는 시료는 아세톤, 에탄올, 헥세인, 펜테인 등이 있다. 시료의 몰질량은 각각 아세톤 = 58.08g/mol, 에탄올 = 46.06844 g/mol, 헥세인 = 86.18g/mol, 펜테인 = 72.15g/mol 이고 실험에 사용한 액체시료의 몰질량 측정 결과 90.44g/mol 이므로, 실험에 사용된 시료는 오차율이 가장 작은 헥세인으로 볼 수 있다.

2) 오차율

(이론값 - 실험값) / 이론값 x 100

이론값 = 헥세인의 몰 질량 86.18 g/mol

실험값 = 90.44 g/mol

( 86.18 - 90.44) / 90.44 x 100 = -4.71%

 

3) 오차원인

처음에 플라스크 + 호일 무게를 측정하지 못해서 다른 조가 측정한 값을 임의로 사용했는데 이것 때문에 오차가 생겼을 것이다.

액체 시료가 완전히 기화하지 않았을 수 있다. 완전히 기화했는지 확인이 어렵다.

플라스크 바깥에 묻은 물을 완전히 제거하지 못해서 측정값에 영향을 미쳤을 수 있다.

(사진 생략)

 

 

 

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