헥세인 한 방울의 부피 측정이 중요한 이유 - hegsein han bang-ul-ui bupi cheugjeong-i jung-yohan iyu

실험목표

물 위에 생기는 기름 막을 이용해서 몰(mole)을 정의하는데 필요한 아보가드로수를 결정한다.

실험방법

Part I. Pasteur pipette의 보정

① 헥산으로 여러 차례 헹군 피펫(pasteur pipette)에 헥산을 충분히 채운다.

② 피펫을 똑바로 세운 상태에서 눈금실린더에 헥산 용액을 한 방울씩 떨어뜨려 부피가 1.00mL가 되도록 한다. 피펫을 기울이면 방울의 부피가 달라지기 때문에 피펫을 똑바로 세워야 한다.

Part II. 아보가드로수의 결정

① 큰 물통에 물을 8~9할쯤 채우고 수면이 잔잔해질 때까지 기다린다.

② 작은 약숟가락으로 송화가루를 조금 떠서 물통의 가운데 부분에 조심스럽게 뿌려준다. 송화가루가 물통의 벽에 닿지 않아야 하고, 물통에 원형으로 퍼지도록 해야 한다.

③ 0.02g의 스테아르산을 헥산 100mL에 녹인 용액을 피펫에 넣어서 한 방울을 송화가루가 퍼져있는 한 가운데에 떨어뜨린다. 스테아르산이 퍼지면서 생기는 원형 기름 막의 경계면을 쉽게 구별할 수 있을 것이다.

④ 원형으로 퍼진 단분자층의 직경을 측정한다. 원형이 아닌 경우에는 대각선 방향의 길이를 여러 번 측정해서 평균값을 얻는다.

실험결과

①피펫 보정

1ml에 해당하는 헥세인의 방울수: 100방울

=>헥세인 한 방울의 부피: 1ml/100방울= 0.01ml/방울

②스테아르산 한 방울 용액의 표면적

지름(D): 2.5cm

단 층막의 넓이

③스테아르산 단 층막의 두께 밀도는 0.941g/cm^3

스테아르산 한방울의 질량 0.02g의 스테아르산을 100ml 헥세인에 녹인다음 이용액의 한방울을 사용

스테아르산 한 방울의 부피 (밀도=질량/부피의 식을 이용) 부피=질량/밀도 

단 층막의 넓이 = 4.91cm^2

단 층막의 두께: 스테아르산 단 층막의 부피/스테아르산의 넓이

④탄소원자의 크기와 부피

단 층막의 두께로부터 계산한 탄소의 크기

단 층막의 두께/스테아르산의 탄소수

탄소원자가 정육면체라고 가정했을 때의 부피 (탄소원자 하나의 부피)

⑤탄소원자 1몰의 부피

다이아몬드 밀도 3.51g/cm^3 으로부터 계산한 탄소의 몰 부피

⑥아보가드로수 계산

탄소의 몰 부피와 실험에서 얻은 탄소 원자의 부피로부터 계산한 아보가드로 수

⑦오차

오차율

고찰

물 위에 생기는 기름 막을 이용해서 몰(mole)을 정의하는데 필요한 아보가드로수를 결정하는 실험으로 첫 번째로 헥세인 한 방울의 부피를 측정하기 위해서 헥산 1ml의 방울수를 결정 하였다. 피펫을 깨끗이 씻어 주는 게 중요했다. 피펫에 이물질이 있으면 정확한 실험을 하는데 방해하기 때문이 이었다. 그러고 나서 스테아르산의 단면적을 측정하였는데 물과 헥산 모두 투명해서 육안으로 관찰하기 어렵기 때문에 송화가루를 뿌려서 스테아르산의 단면적을 관찰하였고 스테아르산경우에는 고체여서 단면적을 바로 측정하기 어렵기 때문에 헥세인에 녹였다. 헥세인에 녹인 이유는 스테아르산은 친수성기인 카르복실기를 가지고 있지만 탄소수가 18개나 되므로 친수성 성질보다 비극성 성질이 강하기 때문에 대표적인 비극성용매인 헥세인에 스테아르산을 녹였으며 헥세인 같은 경우 휘발성이 강하여서 물위에 떨어뜨리게 되면 바로 휘발될 것이라고 생각하였으며 스테아르산은 탄소수가 18개인 고급지방산으로 C-C가 모두 단일결합이라서 결합길이가 같아서 계산중에 18로 나누어 탄소의 부피를 구할 수가 있었으며 만약 2중결합이 중간에 포함되어있는 시료를 사용한다면 길이가 다르게 되므로 계산시 이 값을 보정해주어야 한다. 계산과정에 맞게 계산을 하게 되면 아보가드로수를 얻을 수 있게 된다. 계산식에서 다이아몬드의 밀도를 사용한 이유는 탄소의 동소체는 흑연과 다이아몬드이지만 흑연 같은 경우 판상구조 형태를 취하고 있으나 다이아몬드는 탄소가 인접탄소와 모두 결합하고 있는 정사면체 형태를 취하고 있다 스테아르산도 모두 단일 결합이므로 정사면체 형태 SP3 혼성화를 가지고 있기 때문에 다이아몬드의 밀도를 사용하여서 탄소원자 1몰의 부피를 계산하였다.

계산한 값의 오차율을 계산하였을 때 58.8%를 얻을 수 있었다. 오차가 발생한 원인을 생각해 본다면 일단 헥세인 한 방울의 부피를 측정하는데 정확하지 못하였고 스테아르산의 단면적을 측정할 때에도 여러 번 측정하였지만 스테아르산의 모양이 완전 원형에 가깝지 못하여서 정확하게 단면적을 측정하지 못하였다. 그리고 계산과정에서도 계산기를 계속사용하다 보니 오차가 발생하였을 것이다.