물리화학실험 | 어는점 내림법을 이용한 분자량 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 어는점 내림법에 대한 개념을 숙지하고, 이를 활용하여 용질의 분자량을 측정한다.
2. 본 실험에서는 Raoult's law가 적용되는 이상용액의 어는점 내림의 성질을 이용한 분자량 결정을 취급한다.

 

 

 

증기 압력

일정한 온도가 유지되고 주위와 완전히 밀폐되어 있는 용기 안에 액체 A 와 기체 B, 고체 C (A, B 와 C 는 같은 물질이고 상만 다르다.) 가 공존하고 있다고 가정해 보자. 표면 근처의 액체 분자들은 분자 사이의 인력을 극복하고 기체 속으로 떨어져 나갈 수 있으며, 반대로 증발된 분자는 에너지를 잃고 다시 액체 속으로 되돌아갈 수 있을 것이다. 밀폐된 용기 안이라면, 시간이 흐르면서 증발 속도와 응결 속도가 같아져, 결국 계 (용기 안) 는 거시적으로는 변화가 없는 상태, 즉 평형 에 이르게 된다. 이때 계의 압력 (즉, 증기 B 의 압력) 을 증기압력 이라고 한다.

 

 

용액에서의 증기압력 (비휘발성 용질인 경우)

용매에 “비휘발성” 용질이 녹아있다는 것은 용액 위의 용질의 증기압력은 거의 무시할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 용매의 증기압은 0이 아니며 일정한 온도에서 용액의 조성에 대한 증기압을 연구할 수 있다.

 

용매의 몰분율이 1 일 때 ( 즉, 순수한 용매일 때 ) 의 증기압을 P₁°라고 하자. X₁이 0 에 가까워지면 ( 순수한 용질이 된다. ), 용매의 증기압도 0 이 될 것이다. 몰분율 X₁이 1에서 0 으로 변화하면 P1은 P₁°에서 0 으로 떨어진다. 실험적 결과에 의하면, 묽은 용액에서 용매의 몰분율에 대한 용매의 증기압을 도시하면 거의 직선에 가깝게 나타난다.

 

 

이 식을 라울의 법칙이라고 하며 이 법칙을 따르는 식을 이상 용액이라고 한다. 실제 용액의 증기압은 라울의 법칙에서 예상한 값보다 크게 (용매와 용질 분자 사이에 강한 인력이 작용하지 않는 경우), 또는 작게 (용질이 용매 분자를 강하게 끌어당겨 증기상으로 나가려는 경향이 감소될 때) 나타나지만, 충분히 낮은 밀도에서는 이상 용액에 거의 근접하게 나타난다.

 

 

실험 방법

1. 순수한 용매의 어는점 측정

1) 관의 크기에 알맞은 적당한 양의 용매를 피펫으로 빨아 장치 속에 넣는다.(용매에 따라 어는 점 근처까지 미리 냉각시켜도 좋다.)

 

2) 사용하는 용매가 들어 있는 관을 직접 동결용 혼합물 속에 담가서 용매의 어는점보다 약 1℃ 높은 온도까지 냉각시킨다.

 

3) 2)번 관을 잘 말려서 공기통 속에 넣는다.

 

4) 온도를 20초 마다 읽는다. 어는점을 다시 측정했을 때 그 값은 먼저 값과 ±0.003℃ 이내에서 서로 일치해아 한다. 어는점을 측정하는 동안에 용매를 계속 교반해야 한다.

 

2. 용액의 어는점 측정

1) 손으로 감싸 쥐어서 얼었던 용매를 녹인다.

 

2) 알맹이 형태로 되어 있는 용질을 어는점이 약 0.5℃ 내려가게 할 만큼의 양을 옆 가지를 통해 용매 속에 넣는다.

 

3) 시료가 녹은 다음 용액의 어는점을 순수한 용매의 경우와 마찬가지로 측정한다.

 

4) 과냉각 구간 이후 처음으로 결정이 생긴 다음에, 온도가 일단 상승하다가 다시 낮아진다. 상승 할 때의 가장 높은 온도를 어는 점으로 취한다.

 

5) 과냉각이 너무 심할 때는 가끔 순수한 용매의 작은 결정을 혼합물에 조금씩 가해서 과냉각을 방지한다.

 

 

 

[물리화학실험] 어는점 내림법을 이용한 분자량 측정 레포트