몰질량의 측정

1.실험제목 : 몰질량의 측정

2.실험목적 : 이상 기체상태 방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 기체의 몰질량을 결정한다.

3.시약 및 기구 : 액체시료(끓는점이 너무 높지 않고, 냄새와 독성이 강하지 않은 것), 100mL 둥근 플라스크, 500mL 비커 , 10mL눈금 피펫, 바늘 온도계, 가열기, 스탠드와 클램프, 링, 석면판, 화학저울, 알루미늄 박, 거름종이, 50mL 눈금 실린더

4.실험원리 :

 - 몰이란?
 구성하고 있는 각 개의 이온이나 분자들은 매우 작아 질량을 측정하는 것  은 불가능하다.
 1몰은 6.022*10(아보가드로 수)로 정의한다.
 몰의 공식적 정의는 탄소(C) 12g 중에 함유되어 있는 원자의 수와 동일한 수의 원소 실체수를 포함하는 물질의 양으로 규정.

 - 몰질량이란?
 물질 1몰은 그램으로 표시된 물질의 화학식량.
 어떤 물질의 몰질량은 몰당 그램 (g/mol)의 단위 사용.
 ex) 탄소(C)  화학식량은 12.0amu
                그램의 단위인 12.0g으로 표현하면
                6.02*10개의 탄소원자. 탄소 1몰을 의미.
 두개의 원소 1몰이 같은 개수의 원자(6.02*10)를 포함하여도 질량은 서로 다르다.

 - 기화 :
 액체 또는 고체가 기체로 변하는 현상.
 기화할 때에는 그 액체(고체)의 고유한 기화열(증발열)이 흡수.

 - 이상기체 :
 기체 분자 운동론의 가정을 정확히 만족시키면서 이상기체 상태방정식을 완전히 만족시키는 가상적인 기체.
 분자의 크기가 작을수록 이상기체에 가깝게 행동.
 분자간의 인력이나 반발력이 없고 분자 자체의 크기는 무시.

 - 상태방정식 :
 보일-샤를의 법칙, 아보가드로 법칙으로부터 유도.
 일정량의 이상기체에 대한 가 일정.
 상수의 수치는 기체량에 비례하므로
         = nR   (n:이상기체 몰 수, R:기체상수)
 이상기체의 상태 방정식에서,
 n과 T가 일정하면 : PV = k (보일의 법칙)
 n과 P가 일정하면 : V = kT (샤를의 법칙)
 n이 일정하면 : PV = kT (보일-샤를의 법칙)
 P과 T가 일정하면 : V = kn (아보가드로의 법칙)

 - 기체의 분자량 측정 :
 기체의 몰 수(n)는 질량/분자량 이므로,
      PV = nRT = RT
     M = wRT/PV
 기체의 압력(P), 부피(V), 질량(w), 온도(T)를 측정하면 분자량(M)을 구할 수 있다.

5.실험방법 :
 (1) 깨끗하게 씻어서 말린 100mL 둥근 플라스크에 알루미늄 박으로 뚜껑을 만들어 씌우고 바늘로 작은 구멍을 뚫는다. 구멍은 작을수록 좋다.
 (2) 뚜껑을 덮은 플라스크의 무게를 화학 저울을 사용해 정확하게 측정.
 (3) 플라스크에 약 3mL의 액체 시료를 넣고 뚜껑을 다시 막아 스탠드에 고정.
 (4) 500mL 비커에 물을 절반정도 채우고 끓을 때까지 가열.
 (5) 플라스크를 비커의 바닥에 닿지 않을 정도로 물속에 깊이 넣음.
 (6) 끓는 물의 온도와 대기압 측정. 플라스크의 액체가 모두 기화할 때까지 기다림. 플라스크를 비커에서 꺼내면 안된다. 뚜껑을 뚫린 구멍을       옆에서 자세히 관찰하면 빛의 산란 때문에 기체가 새어 나오는 것을 관찰.
 (7) 플라스크의 액체가 모두 기화되면 잠시 기다린 후, 끓는 물에서 꺼내 식힘. 플라스크는 매우 뜨거우므로 손으로 만지지 않는다.
 (8) 플라스크 바깥에 뭍은 물을 거름종이를 사용해 완전히 닦음.
 (9) 완전히 말린 플라스크와 뚜껑의 무게를 다시 측정.
(10) 플라스크를 깨끗하게 씻은 후 증류수를 가득 채우고 눈금 실린더를 사용해 증류수의 부피 측정. 이 값을 이용해 플라스크의 부피 계산.
(11) 시간이 허용되면 위의 실험을 한 번 더 반복.

6.고찰 :
 (1) 바늘구멍의 크기는 작을수록 좋다.
 (2) 실험으로 측정된 값을 이상기체 상태 방정식에 넣어 몰질량을 계산할수 있다.
 (3) 증발한 기체를 직접 흡입하지 않도록 하고 실험실의 환기가 잘 되도록한다.
 (4) 액체 시료는 끓는점이 너무 높지 않은 것이 좋다.
     기화를 잘 되게 하여 쉽게 실험하고자 하기 때문.
 (5) 상태방정식    = nR
 (6) 기체의 분자량 측정
    PV = nRT , n =   , PV =  RT
              M = wRT/PV

결과는 첨부파일

몰 질량의 측정.hwp