일반화학실험 | 보일-샤를의 법칙

 

 

 

 

TIP

 

 

실험을 통하여 보일-샤를의 법칙 '일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례하고 온도에 비례한다'를 이해한다.

 

 

 

기체(gas)

일반적으로 표준 압력 및 표준 온도에서 기상으로 존재하는 물질을 기체라 하며, 형태는 기상을 가질 수 있으나 표준 압력 및 표준 온도에서는 고상 및 액상으로 존재하는 물질을 증기하고 한다. 물질이 어느 온도 이상에서 항상 기체로 존재하는 온도를 임계 온도라 하며 따라서 임계 온도가 25℃이하인 물질은 표준 압력 및 표준 온도에서 항상 기체로 존재한다.

 

 

압력(pressure)

압력은 기체의 분자가 자유롭게 움직여 접하고 있는 표면에 충돌함으로써 생기고 힘을 작용 면적으로 나눈 식(P=F/A)로 표시된다. 대기압을 측정하는 장치로는 그림에서 보는 바와 같은 기압계를 사용할 수 있는데, 이는 이탈리아의 과학자 Evangelista Torricelli에 의하여 발명되었고 그 원리는 다음과 같다. 수은으로 채워진 유리관을 수은이 담겨져 있는 용기에 거꾸로 세우면 용기에 담긴 수은 표면이 대기압에 의하여 압력을 받아 유리관 속의 수은이 표면으로부터 정확하게 760㎜에서 정지하게 된다. 따라서 이 높이는 바로 대기압을 나타낸다고 할 수 있다. 이 때 1㎜Hg를 1Torr라고 하고 대기압 1atm은 760Torr가 된다. 그림과 같이 막힌 플라스크에 측정하고자 하는 기체를 주입하여 압력을 측정하면 측정 압력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

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실험 방법

1. 보일의 법칙

1) 그림과 같이 기구를 설치한다.

 

2) A 유리관에는 공기가 들어있도록 하고 B유리관은 열리게 해놓고 두유리관을 고무관으로 연결한다.

 

3) A관의 2/3을 공기로 채우기위하여 B관의 높이를 잘 조절한다.(A관의 공기가 새는지 고무마개를 잘 확인한다.)

 

4) A'관의 수은높이가 A관과 같도록 B관의 높이를 잘 조절한다.(A관의 부피를 확인하고 이값을 실험 보고서의 ‘초기측정의 전체압력’항에 기록한다.

 

5) A'관을 고무관C 의 최대높이로 올린다음 클램프를 고정한다.(이 때 A'관 물이 고무관C로 전부 들어가지 않게 높이지는 않도록 주의한다.)

 

6) A관과 A' 관 사이의 물높이를 미터차로 측정한다.

 

7) 두 관의 수은높이의 차와 전체압력을 기록한다.

 

8) A관의 부피를 측정한 후 기록한다.

 

9) 이와 같은 실험을 5～6회 반복한다.

 

10) 각 실험의 부피와 압력을 곱한 후 그 값을 기록한다.

 

 

2. 샤를의 법칙

1) 1L 비커에 약 600㎖증류수를 넣은후 70C로 가열을 한다.(다른 비커에는 미리 다음실험을 위하여 물과 얼음을 넣는다)

 

2) 첫 번째 비커를 가열하면서 건조된 플라스크 한 개 그리고 구멍이 한 개 뚫린 고무마개를 준비한다.

 

3) 6㎜유리관의 양끝을 뜨겁게 불로 데운후 매끄럽게 한다.

 

4) 유리관이 식은후에 고무관 안에 한쪽을 끼워서 안쪽 끝이 작게 나오도록 맞춘 다음 고무마개 위로 유리관이 약 2㎝ 나오도록 한다,

 

5) 고무마개와 유리관을 100㎖ 플라스크 안에 안전히 넣는다.

 

6) 비커안의 더운물이 70℃가 되면 옮겨서 실험대 위로 놓는다,

 

7) 100㎖플라스크를 비커의 더운물 안에 5분 동안 넣고 플라스크의 온도를 측정한다음 온도를 기록한다.

 

8) 비커의 더운물위에 나와 있는 유리관 위를 집게 손가락으로 누른후 플라스크를 조심히 꺼내 조심히 얼음물이 들어있는 비커 속에 뒤집어 넣는다.(얼음이 녹으면 얼음을 다시 넣는다.)

 

9) 5분 동안 플라스크 전체를 물안에 잠기게 한다.

 

10) 얼음물이 들어있는 비커의 온도를 측정한다.

 

11) 5분후 비커 안 플라스크를 물 높이가 플라스크 및 비커의 높이와 같도록 올린후 손가락으로 유리관의 끝을 잡아서 플라스크를 똑바로 놓는다.

 

12) 고무마개를 없앤 후에 메스실린더를 이용해 플라스크 속으로 들어간 물의 양을 측정하여 기록한다.

 

13) 100㎖플라스크의 고무마개 밑의 높이까지 물을 채운다.

 

14) 100㎖메스실린더를 이용해서 플라스크 전체부피를 구해서 그 부피를 기록한다.

 

 

 

 

 

[일반화학실험]보일-샤를의 법칙 레포트