일반화학실험 | 원자량 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 금속원소를 산화물로 만들어 원자량을 간접방법으로 측정한다.
2. 일정량의 금속을 산화물로 변화시켜 증가된 질량으로부터 금속과 결합한 산소의 질량을 측정한다.

 

 

 

화학실험으로 원소의 원자량을 결정할 때, 원자량은 질량수 12의 탄소 동위원소를 기준으로 비교한 원자의 질량이고, 일정성분 법칙(law of constant composition)에 따라 2개 이상 원소들이 화합물을 만들 때 성분원소의 질량비는 일정하다는 것을 이용하여 간접적으로 측정할 수 있다. 즉, 탄소와 직접 결합하지 않은 원소의 원자량은 원자량을 알고 있는 산소 같은 원소와 결합한 두 성분 화합물을 이용하여 간접으로 원자량을 측정할 수 있다.

 

본 실험은 금속원소를 산화물로 만들어 원자량을 간접방법으로 측정한다. 일정량의 금속을 산화물로 변환하여 증가된 질량으로부터 금속과 결합한 산소의 질량을 알아내고, 산소의 단위질량과 결합하는 금속의 질량을 계산하여 산소 16amu와 결합하는 금속의 양을 산출한다. 이것으로부터 그 산화물 중 금속원소와 산소원소의 원자비는 1:1, 1:2또는 2:1로 구성되었다 가정하고 금속의 질량(가상적 원자량)을 계산한다.

 

Dulong-Petit 법칙에 따르면 이원자 분자로 구성된 고체 원소의 원자 열용량은 5.961 cal/deg이다. 그리고 금속의 비열(마그네슘의 비열은 0.248 cal/deg)을 이 값으로 나누면 그 금속의 근사 그램원자량을 얻는다. 앞에서 원소의 원자비를 가정할 때 구한 금속의 예상 원자량과 이 근사 원자량을 대조하여 가장 가까운 값을 그 금속의 원자량으로 정한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 사기 도가니에 6M HNO₃ 2～3㎖를 가하고, 약간 가열하여 도가니와 뚜껑을 깨끗이 닦아 물로 씻어 말린다.

 

2) 도가니와 뚜껑은 링 스탠드 위의 삼각석쇠에 올려놓고 버너로 처음에 약하게 가열하다가 불꽃의 가장 뜨거운 부분에 약 10분 동안 가열한 다음 그대로 두어 실온까지 식힌다.

 

 

3) 뚜껑을 덮은 채로 도가니를 도가니 집게로 화학저울에 옮겨 그 무게를 0.001 g까지 정확하게 잰다.

 

4) 마그네슘 리본 표면의 산화피막을 잘 닦아낸 리본 몇 조각(약 1g가량)을 이미 무게를 잰 도가니에 넣은 다음 뚜껑을 덮고 도가니 집게로 화학저울에 옮겨 무게를 0.001 g까지 정확하게 잰다.

 

 

5) 무게를 잰 마그네슘 리본이 담긴 도가니를 삼각석쇠에 올려놓고 처음에는 약한 불꽃에서 조금 가열한 다음 불꽃의 가장 뜨거운 부분에서 약 10분 동안 가열한다.

 

6) 2～3분 동안 냉각한 다음 소량의 공기가 도가니에 들어갈 수 있도록 뚜껑을 조금만 들어 올린다. 이때의 조각은 조심스럽게 해야 한다.

 

 

7) 뚜껑을 열어도 마그네슘이 더 이상 빛을 내지 않으면 도가니를 그대로 두어 실온까지 냉각한 다음 도가니 안을 검사하여 흰 가루가 있으면 스포이트로 물을 몇 방울 떨어뜨려 흰 가루를 모두 적신다. 흰 가루는 마그네슘이 공기 중 질소와 반응하여 생긴 Mg₃N₂이다. 이것은 곧 물과 반응하여 Mg(OH)₂으로 변한다.

 

8) 이 고체가 마를 때 까지 도가니를 다시 천천히 가열한 다음 약 10분 동안 세게 가열 한다. 이때 Mg(OH)₂은 모두 MgO으로 변한다.

 

9) 도가니의 내용물을 실온까지 식힌 다음 뚜껑을 덮은 채로 화학저울에 옮겨 0.001 g까지 정확하게 무게를 단다.

 

 

 

[일반화학실험] 원자량 측정 레포트