일반화학실험 | 몰질량의 측정

 

 

 

TIP

 

 

이상기체 상태방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 액체를 기화시켜 발생하는 기체의 몰질량을 결정한다.

 

 

 

몰질량의 측정

원자나 분자는 매우 작은 입자이기 때문에 질량을 직접 측정하는 것은 매우 어렵다. 그래서 원자나 분자의 질량을 나타내기 위해서 상대적인 방법을 사용한다. 즉, 질량수가 12인 탄소의 원자 몰질량을 12라고 정의하고, 이 동위원소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수를 아보가드로 수(6.022 × 1023)라고 하며, 아보가드로수만큼의 원자 또는 분자를 1몰이라고 정의한다.

 

따라서 분자의 몰질량도 1몰에 해당하는 분자의 질량을 탄소 원자 1몰의 질량과 비교하여 결정한다. 대부분의 기체는 상온, 상압에서 이상기체 상태방정식을 만족하기 때문에 기체의 부피, 온도, 압력과 함께 용기를 가득 채우는 데에 필요한 물질의 질량을 측정하면 이상기체상태방정식으로부터 몰질량을 계산할 수 있다.

 

 

 

보일의 법칙 (Boyle's law)

일정온도에서 기체의 압력과 그 부피는 서로 반비례한다는 법칙으로 1662년 영국의 R.보일이 실험을 통하여 발견하였다. 즉, 압력을 2배, 3배로 키울 때 부피는 1/2, 1/3이 된다. 이후에 엄밀한 검토에 의하여, 실제기체는 이 법칙과 일치하지 않는다는 것이 밝혀졌다.

 

1662년 영국의 R.보일이 실험을 통하여 발견하였고, 또 1676년 E.마리오트도 독자적으로 발견하였기 때문에, 유럽에서는 보일-마리오트의 법칙이라고 한다. 용기 속에 넣어 둔 기체 분자는 모든 방향으로 활발한 운동을 하고 있기 때문에 용기벽에 충돌하여 힘을 주게 되는데, 이처럼 충돌에 의하여 용기벽의 단위 넓이에 작용하는 힘을 그 기체의 압력이라고 한다.

 

 

외부에서 압력을 가해 압축하여 기체의 부피를 1/2로 감소시키면 기체의 밀도는 2배가 되고, 단위 시간당 충돌 횟수도 2배가 되므로 압력도 처음의 2배가 된다. 반대로 밖의 압력이 작아지면 팽창하여 부피가 증가하게 된다. 따라서 일정한 온도에서 일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례한다.

 

예를 들면, 공기보다 가벼운 기체가 들어있는 풍선을 놓치면 하늘로 계속 올라가며 부피가 커지다가 결국에는 터지게 되는데 이는 대기압이 고도가 높아질수록 낮아지기 때문이다. 외부 압력이 낮아질 때 풍선의 부피는 증가하는 현상은 보일의 법칙을 극명하게 보여주는 실생활의 한 예이다. 그러나 그후 엄밀한 검토에 의하여, 실제기체는 이 법칙과 일치하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 온도(T)와 양(n)이 일정할 때 이상기체의 부피(V)는 적용되는 압력(P)에 반비례한다.

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 깨끗하게 씻어서 말린 둥근 플라스크에 알루미늄박으로 만든 뚜껑을 씌우고, 바늘로 작은 구멍을 뚫는다. 구멍의 크기는 작을수록 좋다.

 

2) 뚜껑을 덮은 플라스크의 무게를 정확하게 측정한다.

 

3) 둥근 플라스크에 약 3㎖의 액체 시료를 넣고 뚜껑을 다시 막아 스탠드에 고정한다.

 

4) 항온수조에 물을 절반정도 채우고 끓을 때까지 가열한다.

 

5) 둥근 플라스크가 바닥에 닿지 않을 정도로 깊이 넣는다.(둥근 플라스크가 뜨거운 물에 전부 잠기도록 한다.)

 

6) 끓는 물의 온도와 대기압을 측정하고, 시료가 모두 기화할 때 까지 기다린다.

 

7) 시료가 모두 기화되면 잠시 기다린 후에 플라스크를 끓는 물에서 꺼내 식힌다.

 

8) 둥근 플라스크에 묻은 물을 완전히 제거한다.

 

9) 식힌 둥근 플라스크를 뚜껑이 있는 채로 무게를 다시 한 번 측정한다.

 

10) 둥근 플라스크를 깨끗하게 씻은 후 증류수를 가득 채우고, 가득 채운 증류수의 부피를 눈금실린더를 사용해서 측정하고 이 값을 이용해서 플라스크의 부피를 계산한다.

 

 

 

 

[일반화학실험]몰질량의 측정 레포트