실험레포트 - 아보가드로 수의 결정

실험레포트 - 아보가드로 수의 결정

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본문 1. 실험제목(Title): 아보가드로 수의 결정 2 실험날짜(Date): 2015년 3월 26일 3. 실험목적(Purpose): 물 위에 생기는 기름막을 이용하여 몰의 단위인 아보가드로 수를 결정한다. 4. 이론(Theory): 질량수가 12인 탄소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수를 아보가드로 수(Avogadros number, )라고 하며, 아보가드로 수 만큼에 해당하는 원자나 분자를 1몰(mole)이라고 한다. 이것은 마치 달걀 30개를 1판이라고 부르는 것과 마찬가지이다. 다만 원자나 분자는 그 크기와 질량이 매우 작기 때문에 아보가드로 수가 대단히 클 뿐이다. 아보가드로 수는 탄소 원자 1몰이 차지하는 부피()와 탄소 원자 하나가 차지하는 부피()를 알면 식을 이용해서 얻을 수 있다. 우선 지구상에 존재하는 탄소는 몇 가지 동위원소들이 섞여있기 때문에 탄소 1몰의 편균 질량은 12.011g이고, 탄소 원자가 촘촘히 쌓여서 만들어진 다이아몬드의 밀도()를 이용하면 탄소 원자 1몰이 차지하는 부피를 쉽게 계산할 수 있다. 탄소 원자 하나의 부피를 정확하게 알아내는 것은 그렇게 쉽지 않지만, 기름처럼 물에 섞이지 않는 탄소화합물을 이용하면 간단하게 짐작할 수 있다. 물(H2O)은 전자를 잘 잡아당기는 산소 한 개에 두 개의 수소가 104.5°의 각도를 이루며 결합되어 있어서 전기쌍극자의 성질을 갖고 있는 극성 분자이다. 액체 상태에서 소금(NaCl)이 물에 잘 녹는 것도 바로 물의 이런 극성 때문이다. 그러나 전기쌍극자의 성질을 갖지 않는 벤젠이나 헥산과 같은 비극성 분자들을 물과 잘 섞이지 않는다. 스테아르산(stearic acid, CH3(Ch2)16COOH)은 비극성을 나타내는 긴 탄화수소 사슬(CH3(CH2)16-)의 끝에 극성을 나타내는 카복실기(-COOH)가 붙어있는 막대기처럼 생긴 분자이다. 이런 분자를 물 위에 떨어뜨리면 극성을 가진 카복실기는 물과 잘 달라 붙지만 비극성의 탄화수소 사슬은 물과 잘 접촉하지 않으려는 경향이 있다. 그래서 물 위에 스테아르산을 충분히 떨어뜨리면 카복실기가 물 쪽으로 향하고 비극성의 탄화수소 사슬이 물층 위로 서있는 단분자층의 막이 형성되며, 이런 막을 단층막(monolayer)이라고 부른다. 일정한 면적을 가진 물 표면 전체에 스테아르산의 단분자층이 만들어지기 위해 필요한 스테아르산의 부피를 물 표면의 넓이로 나누어주면 스테아르산 분자의 길이를 얻게 된다. 곧은 사슬 모양의 스테아르산 분자는 탄소 원자 18개가 쌓여있는 것으로 볼 수 있기 때문에 스테아르산의 길이로부터 탄소 원자 하나의 지름을 얻을 수 있고, 그 값을 이용하면 탄소 원자 하나가 차지하는 부피()도 얻을 수 있다. 5. 실험기구 및 시약(Reagents and Instruments): 실험기구로는 큰 물통(water container), 눈금 실린더(graduated cylinder) 10mL, 유리 모세관 피펫(glass capillary pipet), 시약주걱(spetula) 등이 있으며 필요한 시약으로는 증류수(distilled water), 헥산(hexane), 스테아르산(stearic acid), 송화가루 등이 있다. 6. 실험방법(Procedure): 헥산(hexane)으로 내부를 씻은 피펫에 헥산을 충분히 채운 뒤, 피펫을 똑바로 세운 상태에서 눈금 실린더에 헥산 용액을 반쯤 채우고 눈금을 읽는다. 헥산 용액을 한 방울씩 떨어뜨려 부피가 1.00mL가 되도록 한다. 만약 1.00mL의 방울수가 100 이하이면 구멍이 더 작은 피펫으로 바꿔야 하며, 피펫을 기울이면 방울의 부피가 달라지기 때문에 똑바로 세워야 한다. 큰 물통에 물을 반쯤 채우고 수면이 잔잔해질 때까지 기다린다. 작은 시약주걱으로 송화 가루를 조금 떠서 물통의 가운데 부분에 조심스럽게 뿌려준다. 송화 가루가 물통의 벽에 닿지 않아야 하고, 물통에 원형으로 퍼지도록 해야 한다. 0.01~0.02g 정도의 스테아르산을 헥산 100mL에 녹인 용액을 피펫에 넣어서 한 방울을 송화 가루가 퍼져있는 한 가운데에 떨어뜨린다. 스테아르산이 퍼지면서 생기는 원형 기름막의 경계 면을 쉽게 구별할 수 있을 것이다. 마지막으로 원형으로 퍼진 단분자층의 직경을 측정하는데, 원형이 아닌 경우에는 대각선 방향의 길이를 여러 번 측정해서 평균값을 얻는다. 7. 참고사항(Reference): 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 스테아르산, 헥산, 부피, 송화, 실험, 피펫