물리화학실험 | 이상 기체 상태 방정식을 이용한 분자량 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 기체의 분자량은 주어진 온도 T와 압력 P, 시료가 차지하는 부피 V, 그리고 시료의 무게를 알면 이상 기체 상태 방정식으로부터 구할 수 있음을 실험을 통하여 알아보도록 한다.
2. 이상기체상태방정식(PV=nRT)를 이용하여 에탄올 혹은 사염화탄소의 분자량을 구해보자.

 

 

 

Charles' law

Celsius 온도(섭씨온도)에 대하여 선형으로 기체부피가 변했으므로 부피와 온도의 관계를 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

V = a +bt

 

여기서 t는 섭씨온도이고 a와b는 직선에서 얻는 상수이다. 어느 기체나 t= -273.15에서 V=0이므로 a를 다음과 같이 쓸 수 있다.

 

0 = 273.15b +bt = b(t+273.15)

 

섭씨온도에 273.15를 더한 Kelvin온도척도는 다음과 같다.

 

K= ℃ + 273.15

 

Kelvin온도를 T로 쓰면 다음 식을 얻는다.

 

V = bT

 

이것이 Charles법칙이다. 이 식은 일정한 압력에서 기체의 종류에 관계없이 그 부피는 절대온도에 직접 비례함을 보여준다. 따라서 절대온도가 두 배가 되면 부피도 두 배가 된다. 위에 주어진 Charles법칙을 다른 모양의 식으로 바꾸면

 

Charles법칙 : V/T = constant (일정한 양과 압력 조건에서)

 

일정 압력에서 주어진 양의 기체에 대하여 부피를 절대온도로 나눈 값은 항상 일정하다.

 

 

실험 방법

1. 용량 플라스크법

1) 100㎖ 용량 플라스크에 물을 가득 채운 후 메스 실린더에 옮겨 담아 플라스크의 전체 부피(V)를 측정한다.

 

2) 화학 저울을 이용하여 알루미늄 호일로 입구를 막은 채로 100㎖ 플라스크의 처음 무게(W₁)를 측정한다.

 

3) CCl₄를 넣고 알루미늄 호일의 중심에 샤프심으로 아주 작은 구멍을 하나 뚫는다.

 

4) 플라스크를 가열하여 내부의 CCl₄ 를 기화시키고 액체 CCl₄ 가 없어지면 가열을 멈춘다.

 

5) 화학 저울을 이용하여 플라스크의 무게(W₂)를 측정한다.

 

6) 측정된 무게들로부터 가열 후 남은 CCl₄ 의 무게(W₃)를 계산한다.

 

7) 이상 기체 상태 방정식을 통해 CCl₄ 의 분자량을 계산한다.

 

8) CH₃OH에 대해서도 위의 실험을 반복하여 비교해본다.

 

2. Victor Meyer법

1) 작은 공의 처음 무게(W₁)을 측정한다.

 

 

 

3) 공의 나중 무게(W₂)를 측정하여 CCl₄ 의 무게를 계산한다.

 

4) 기체 뷰렛의 현재 부피(W₁)를 측정한다.

 

5) Victor Meyer 장치에 공을 깨뜨려 넣고 재빨리 마개를 막는다.

 

6) 기체 뷰렛의 나중 부피(W₂)를 측정하여 부피 변화(△V)를 계산한다.

 

7) 이상 기체 상태 방정식을 사용하여 CCl₄ 의 분자량을 측정한다.

 

 

 

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