순수한 용매인 벤젠과 나프탈렌과 안트라센을 용해한 용액의 어는점을 측정하고 어는점 내림 현상을 이용하여 비휘발성, 비전해질 나프탈렌과 안트라센의 분자량을 계산한다.
화학에서 분자량을 측정하는 방법에는 여러 가지가있다. 대표적으로 어는점 내림에 의한 분자량 측정, 끓는점 오름에 의한 분자량 측정, 이상기체 상태 방정식에 의한 분자량 측정, Victro meyer에 의한 분자량 측정이 있다. 용액의 끓는점 오름, 어는점내림, 그리고 삼투압은 용질 때문에 나타나는 현상들로 용질의 알갱이 수에만 의존하고 그 종류에 무관하다. 용질은 비휘발성이고 따로 녹아들어가지 않는다는 가정하에 용액이 얼 때는 순수한 고체 용매만이 분리된다. 이 원리를 이용하여 순수한 벤젠의 어는점을 측정하고, 벤젠에 나프탈렌을 첨가하여 용액의 어는점을 측정하여 나프탈렌의 분자량을 측정할 수 있다.
화학에서 분자량을 측정하는 방법에는 여러 가지가있다. 대표적으로 어는점 내림에 의한 분자량 측정, 끓는점 오름에 의한 분자량 측정, 이상기체 상태 방정식()에 의한 분자량 측정, Victro meyer에 의한 분자량 측정이 있다. 용액의 끓는점 오름, 어는점내림, 그리고 삼투압은 용질 때문에 나타나는 현상들로 용질의 알갱이 수에만 의존하고 그 종류에 무관하다. 용질은 비휘발성이고 따로 녹아들어가지 않는다는 가정하에 용액이 얼 때는 순수한 고체 용매만이 분리된다. 이 원리를 이용하여 순수한 벤젠의 어는점을 측정하고, 벤젠에 나프탈렌을 첨가하여 용액의 어는점을 측정하여 나프탈렌의 분자량을 측정할 수 있다.
어는점 [freezing point]
액체를 냉각시켜 고체로 상태변화가 일어나기 시작할 때의 온도이다. 순수한 물질의 어는점과 녹는점은 항상 같은 온도를 나타내며 물질마다 다른 값을 가지는 물질의 특성이 된다. 액체가 고체로 변화할 때 계속 냉각시켜도 냉각곡선(cooling curve)처럼 온도가 일정하게 변하지 않는 일정온도 구간이 나타나며 이 구간에서는 액체와 고체가 공존한다. 이것은 상태변화가 일어나면서 방출된 열에너지가 모두 응고열로 쓰여지면서 온도가 일시적으로 내려가지 않고 유지되는 것으로 완전히 고체로 변한 다음에 다시 온도가 내려가기 시작한다.
수용액(물+용질)은 물보다 어는점이 낮아진다. 용질이 비전해성, 비휘발성 물질일 경우 어는점은 용질의 입자수에 따라 더 내려갈 수 있으며, 수용액의 농도가 같을 경우 비전해질용액(예 : 포도당, 설탕)보다 전해질용액(예 : 염화나트륨, 염화칼슘)인 경우에 어는점이 더욱 낮아진다. 이러한 현상을 어는점 내림이라고 하며 어는점 내림값을 이용하여 용질의 분자량을 계산하기도 한다.
냉각곡선 [cooling curve]
냉각 곡선이란 물질이 응고(액체에서 고체로 상태변화)하거나 액화(기체에서 액체로 상태변화)할 때, 열을 빼앗겨 온도가 내려가는 상태를 온도와 시간의 관계를 고려하여 나타낸 곡선이다. 액체를 냉각시켜 온도를 낮추면 고체상태로 변하는 과정에서 온도가 일정하게 유지되는 구간이 나타난다. 즉 온도를 낮추는 조건을 계속 유지시켜도 온도가 내려가지 않는 구간이 있다.
액체가 고체로 될 때는 응고열이라는 열에너지를 방출하게 되는데 이때 방출된 열이 액체에서 고체로의 상태변화에 쓰여지면서 일정한 온도가 유지되게 한다. 다시 말해 액체 상태에서의 분자 사이의 인력을 끊고 고체 상태로 분자의 재배열이 일어나는 데에 이 응고열이 쓰인다. 응고가 일어나면서 온도가 일정하게 유지되는 구간에서는 액체와 고체가 공존하며 이때의 온도를 어는점(freezing point)이라 한다. 또한 기체가 액체로 변화하는 액화가 일어날 때도 일정온도 유지 구간이 나타나게 되며, 이때 방출된 열에너지는 응축열이라 한다
실험 방법
실험 1
1. 메스실린더를 이용하여 benzene 20 ㎖를 시험관에 넣는다.
2. 1000 ㎖ 비커에 얼음물을 채워 넣는다.
3. 어는점 내림 측정을 위한 장치를 설치한다. ×온도계는 시험관 벽에 닿지 않도록 파라필름으로 고정한다.
4. 상온에서의 benzene의 온도를 측정하여 기록한다.
5. clamp에 시험관을 고정시키고 얼음에 담근다.
6. benzene의 온도를 30초 간격으로 읽어 기록한다.
7. 온도가 일정하다가 강하할 때 까지 측정한다. (약 10분 정도)
8. 시험관을 얼음에서 꺼내 benzene을 상온에서 다시 녹인다. (benzene이 다시 투명해진다.)
9. Benzene에 Naphthalene 1.28 g을 넣어 위 실험을 반복한다.
10. 위 시험관의 Benzene에 Naphthalene 1.28 g을 추가로 넣어 위 실험을 반복한다.(benzene이 모두 녹은 후 첨가할 것)
11. 어는점 내림을 이용하여 Naphthalene의 분자량을 구한다.
실험 2
1. 메스실린더를 이용하여 benzene 20 ㎖를 시험관에 넣는다.
2. 1000 ㎖ 비커에 얼음물을 채워 넣는다.
3. 어는점 내림 측정을 위한 장치를 설치한다. ×온도계는 시험관 벽에 닿지 않도록 파라필름으로 고정한다.
4. 상온에서의 benzene의 온도를 측정하여 기록한다.
5. clamp에 시험관을 고정시키고 얼음에 담근다.
6. benzene의 온도를 30초 간격으로 읽어 기록한다.
7. 온도가 일정하다가 강하할 때 까지 측정한다. (약 10분 정도)0
8.시험관을 얼음에서 꺼내 benzene을 상온에서 다시 녹인다. (benzene이 다시 투명해진다.)
9. Benzene에 Anthracene 1.78 g을 넣어 위 실험을 반복한다.
10. 위 시험관의 Benzene에 Anthracene 1.78 g을 추가로 넣어 위 실험을 반복한다.(benzene이 모두 녹은 후 첨가할 것)
11. 어는점 내림을 이용하여 Anthracene의 분자량을 구한다.
[물리화학실험] 벤젠의 어는점 내림을 이용한 분자량 측정 레포트
1. 실험 목적 가. 순수한 용매인 벤젠과 나프탈렌과 안트라센을 용해한 용액의 어는점을 측정하고 어는점 내림 현상을 이용하여 비휘발성, 비전해질 나프탈렌과 안트라센의 분자량을 계산한다.
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