일반화학실험 | 포도주의 알콜 함량 분석

 

 

 

TIP

 

 

증류 장치의 사용을 익혀 포도주와 같은 알코올성 음료를 증류하여 보고, 이렇게 얻은 증류액의 밀도를 측정하여 음료내의 알코올의 함량을 구해본다. 이로부터 화학실험의 방법과 측정 기술을 체득한다.

 

 

 

포도주내의 알코올의 함량을 결정한다면, 정량적인 분석과정이라 할 수 있다. 포도주는 물과 알코올(에탄올 또는 에틸알코올으로 불리우는), 설탕 , 그리고 향료등으로 구성 되어있다. 만약 포도주가 단순히 물과 에탄올로 이루어져 있다면 이들 혼합물의 밀도를 측정함으로써 간단히 알코올의 함량을 결정할 수 있을 것이다. 측정된 밀도로부터 에탄올의 함량을 구할수있으나 설탕등의 성분에 의해 포도주의 밀도는 물과 에탄올의 단순 혼합물일때와 비교하여 크게 달라지게 된다.

 

따라서 혼합물의성분들의 일부를 분리하는 증류방법과 이렇게 분리된 용액(증류액)을 이루는 성분의 함량을 결정하기 위한 밀도 측정의 과정을 거쳐 포도주를 분석하여 본다. 비 휘발성 물질을 포함하고 있는 포도주를 증류하면 약간의 물이 함유된 알코올을 분리해 낼 수 있다. 이 증류액의 밀도를 측정함으로서 원래 포도주 시료내의 알코올의 부피%를 구해 본다. 이러한 분석을 위하여 질량%와 부피 %의 두가지의 농도 단위가 사용되게 된다. 예컨데 52 질량% 알코올 증류액이라함은 100g의 증류액 안에 52g 알코올이 함유되어있음을 의미한다. 30㎖의 포도주 안에 1.2㎖의 알코올이 있었다면 이는 1.2/30×100 = 4.0 부피%의 농도가 되고, 100㎖의 이러한 포도주 안에는 4.0㎖ 알코올이 함유되어 있음을 의미하게 된다

 

포도주의 알코올 함량 분석 원리는 알코올의 끓는점이 78도, 물의 끓는점은 100도를 이용한다. 포도주를 끓이면 끓는점이 상대적으로 낮은 알코올이 먼저 증발하기 시작한다. 알코올이 기화하면서 열을 빼앗아 가므로(기화열) 용액의 온도는 78도를 유지한다. 알코올이 다 증발된 후 기화열이 사라지므로 용액의 온도는 계속 증가하다가 물의 끓는점인 100도에서 물이 끓기 시작한다. 이 때 끓는 것을 멈추고 물의 질량을 구해 포도주의 질량에서 물의 질량을 빼서 알코올의 질량을 구하는 것이다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 50㎖의 포도주를 100㎖ 눈금실린더로 취하고 부피를 기록한 후, 가지달린 플라스크로 흐르지 않도록 주의하면서 옮긴다. 응축기의 바깥 측면에 있는 입출구를 통하여 냉각수가 들어오고 배수되도록 한다.

 

2) 분젠 버어너 또는 전기 가열 맨틀을 이용하여 증류 플라스크에 있는 포도주를 천천히 가열하면서 발생되는 증기의 온도를 관찰한다. 알코올은 물보다 낮은 온도에서 끓기 때문에 초기에 온도가 약 80℃에 이르고 유지될 것이다. 증류 플라스크 내에 있는 포도주는 계속 끓게 되고, 알코올이 분리됨에 따라 포도주내의 알코올의 양이 줄어들게 된다.

 

3) 이어서 증기의 온도가 다시 점진적으로 상승하며, 물의 끓는점인 99～100℃에 접근하게 된다. 100℃근처에서 온도가 일정하게 유지되면 증류가 완료되었다고 판단한다. 이 상태에서 모든 알코올이 약간의 물과 함께 증류되었다고 가정 할 수 있다. (증류 액의 양은 약 25㎖ 이하.)

 

4) 증류가 완료되면 가열을 멈추고 응축기 내의 잔류 증류 액을 미리 질량을 측정한 삼각플라스크(150㎖)로 옮긴다. 삼각플라스크와 증류 액의 잘량을 측정하고, 삼각플라스크만의 잘량을 빼서 증류 액의 질량을 구한다.(0.001g의 정밀도.)

 

5) 증류 액의 밀도를 측정하기 위하여 25㎖ 눈금실린더에 증류 액의 일부를 옮긴 후, 부피를 0.1㎖의 정밀도로 정확히 측정 한다. 이전에 0.001g의 정밀도로 측정한 25㎖ 눈금실린더의 질량과 증류 액에 담긴 25㎖ 눈금실린더의 질량을 이용하여 증류 액 만의 질량을 구한다.

 

6) 미지의 시료나 다른 알코올성 음료에 대하여 동일한 과정의 실험을 반복할 수 있다.

 

 

 

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