[화학및실험1] 아보가드로수의(NA)의 결정 - 친수성과 소수성을갖는 스테아르산이 물 표면에서 단분자막을 형성하는 성질 이용, 탄소 1몰에 들어있는 원자수와 탄소(C) 1개의 크기를 예상한 뒤 아보가드로수와 비교

소개글

[화학및실험1] 아보가드로수의(NA)의 결정 - 친수성과 소수성을갖는 스테아르산이 물 표면에서 단분자막을 형성하는 성질 이용, 탄소 1몰에 들어있는 원자수와 탄소(C) 1개의 크기를 예상한 뒤 아보가드로수와 비교에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적 (Purpose)

2. 원리 ( Introduction)
(1) 아보가드로수
(2) 아보가드로수를 측정하는 실험
(3) 분자의 극성
(4) 친수성과 소수성
(5) 헥세인을 첨가하는 이유
(6) 표면장력
(7) 분자구조에 대한 근사적 설명(가정)

3. 기구 (Apparatus )

4. 시약 ( Reagents )
「송화가루」
「헥세인」
「증류수」
「스테아르산」

5. 방법 ( Procedures )
(1) 기구 준비 (스테아르산-헥세인 용액 제조) 및 주사기 보정
(2) 스테아르산-헥세인 용액 단막층 표면적(S)와 두께(h) 측정
(3) 다이아몬드의 밀도를 이용한 탄소 1mol 의 부피 계산
(4) 실험값의 아보가드로수와 아보가드로수의 비교

6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)
(1) 1ml 주사기의 방울 수(n)
(2) stearic acid 가 물 표면 위에 퍼진 넓이(S)
(3) ‘(1),(2)’의 실험값에 의한 아보가드로수 의 계산 과정

7. 토의 (Discussions)
(1) 정밀도의 향상을 위한 데이터처리
(2) 4번째 데이터가 가지는 큰 오차 발생 원인 분석
(3) ‘표면적 측정 실험 (1)~(3)’의 오차가 작을 수 있었던 이유
(4) 설정한 분자구조 모델 설정에 따른 오차

[결론]

8. 참고문헌 (References)

본문내용

본 실험에서는 스테아르산-헥세인 용액이 얼마나 퍼졌는지 알기 쉽게 하기 위하여
뿌리게 된다. 즉, 위 용액이 퍼져나감에 따라 송화가루가 밀려나가면서 그 경계선을 표시를
해주기 때문에 넓이를 용이하게 잴 수 있다.
「헥세인」
-분자식 : C6H14
-분자량 : 86
-녹는점, 끓는점 : 1기압일 때 95 °C, 69 °C
-시약의 특성 : ①5종류의 이성질체가 있지만 일반적으로 노말헥세인을 헥세인이라고 부른다.②무극성에 가깝고 반응성이 매우 약하기 때문에 유기화학반응에서 활성 용제로 많이 사용된다.③무색의 투명한 액체이다.④ 본 실험에서는 스테아르산을 녹이고 그 섞은 용액을
물 위에서 잘 퍼지도록 해주는 역할을 한다.
「증류수」
-분자식 : H2O
-분자량 : 18
-녹는점, 끓는점 : 1기압일 때 0°C, 100°C
-시약의 특성 : ① 강한 수소결합으로 인해 시계접시에 물을 많이 넣었을 경우 표면이 위로 볼록하게 된다.② 극성분자이기 때문에 스테아르산의 카복실기와 접하는 것이 비극성인 탄화수소사슬과 접하는 것보다 안정적이다.③ 인체에 안전한 용매이기 때문에 손쉽게 세척이 가능하다.
「스테아르산」
-분자식 : C18H36O2
-분자량 : 284
-녹는점, 끓는점 : 1기압일 때 70°C, 383°C
-밀도 : 0.847g/cm3
-시약의 특성 : ① 상온에서는 흰색의 나뭇잎 모양 결정이다.② 물에는 거의 녹지 않으나, 유기용매에는 잘 녹는다.③ 탄소수가 18인 고급지방에 속한다.
5. 방법 ( Procedures )
(1) 기구 준비 (스테아르산-헥세인 용액 제조) 및 주사기 보정
① 스테아르산만의 밀도가 0.03249g/250ml 인 스테아르산-헥세인 용액을
100ml 용량 플라스크에 20ml정도 옮겨 담는다.
② 주사기를 2~3회 헥세인을 이용하여 세척해준다.
③ 헥세인1ml 만큼을 1ml 주사기에 넣고 비커에 한 방울씩 떨어뜨리면서
총 떨어진 방울 개수를 센다.
④ 오차의 감소를 위하여 ③과정을 3번 반복한다.
⑤ 1ml에 해당되는 용액 방울의 개수의 평균(n)을 낸 뒤, 한 방울의 부피(1/n)을
구한다.
(2) 스테아르산-헥세인 용액 단막층 표면적(S)와 두께(h) 측정
1) 표면적(S) 측정
① 시계접시 위의 물 표면이 위로 볼록해질 때까지 물을 채운 뒤 가장자리에
휴지를 접촉시켜서 물 표면이 평평해질 때까지 물을 흡수한다.
② 송화가루를 작은 화학용 스푼으로 떠서 4번 정도 물 표면의 중앙에
살살 털어준다. 주의할 점은 너무 많이 떨어뜨리거나 적게 하면 스테아르산
용액이 퍼지기 어렵다. 따라서 시계접시의 직경보다 약간 작을 정도의
크기의 원을 그릴정도로만 떨어뜨려준다.
③ stearic acid solution 1ml를 주사기로 조심스럽게 수직으로 물표면 중앙에
한 방울 떨어뜨린다.
④ stearic acid solution 이 더 이상 퍼지지 않을 때까지 기다린 후
그 표면적을 측정한다. 원에 가깝다면 타원이라고 가정하고 계산하고
모양이 불규칙할 경우(볼록다각형) 여러 개의 삼각형으로 나눈 형태로 넓이를
계산해주면 된다. 이 때 사용하는 자는 최소눈금이 0.1cm이며 잴 때는
물 표면에서 약 1cm 정도 떨어져서 한 눈을 감고 수직방향으로 내려다보며
측정을 한다.
⑤ 측정이 완료되면 시계접시를 물로 세척한 뒤 휴지로 물기를 닦아주고
①~④을 2번 더 시행한다.
2) 스테아르산 두께(h) & 탄소원자 부피 측정
① 스테아르산-헥세인 용액에서의 스테아르산 만의 밀도가
0.03249g/250ml (=d‘)라고 명시되어 있다.
② 스테아르산 한 방울의 부피가 1/n ml 이므로 한 방울에 함유된 스테아르산의
질량은 (1/n * d‘) g 이다.
③ 스테아르산의 밀도는 0.847g/ml (=d)이므로 한 방울에 들어있는 스테아르산의
부피는 (1/n * d’ * d) = V ml 이다.
④ 물 표면 위에 퍼진 스테아르산은 얇은 원기둥(V=S*h)로 가정했으므로
스테아르산 분자의 두께 h 는 V/S 이다.
⑤ 스테아르산 분자의 두께를 18개의 탄소 입방체(정육면체로 가정하고 한 모서리의 길이는 d)가 사각기둥으로 쌓여있을 때의 부피와 같다고 가정한다면 h=18d
∴ 탄소원자부피 = d^3= (h/18)^3 cm3
(3) 다이아몬드의 밀도를 이용한 탄소 1mol 의 부피 계산
탄소 1mol 부피 (cm3/mol) = 탄소의 몰질량 / 탄소의 밀도
= 탄소의 몰질량 / 다이아몬드 밀도
= (12.011g/mol) / (3.51g/cm3)
= 3.42 (cm3/mol)
-탄소의 몰질량은 평균탄소원자량으로 이미 주어져있는 값이다.
-탄소의 밀도를 다이아몬드 밀도로 대체할 수 있는 이유는 다양한 탄소 동소체 중
다이아몬드가 가장 촘촘히 쌓여서 만들어진 구조이기 때문이다. 따라서 다이아몬드를
촘촘히 쌍흔 탄소원자 입방체로 이루어졌다고 가정하면 아보가드로수의 탄소가
차지하는 부피는 1mol의 부피가 된다.
(4) 실험값의 아보가드로수와 아보가드로수의 비교
아보가드로수 = 탄소 1mol 부피 (cm3/mol) / 탄소원자부피 (cm3)
= 탄소원자 한 개 / mol
※ 계산 총 정리
6. 실험데이터 와 결과 (Data and Results)
(1) 1ml 주사기의 방울 수(n)
1차
44
2차
43
3차
41
평균 (n)
42.6 방울
한 방울 당 부피 (ml)
= 1/n (ml)
1/42.6 ml
(2) stearic acid 가 물 표면 위에 퍼진 넓이(S)
회차
계산방법
넓이(cm3)
1차
8.24
2차
8.05
3차
8.03
4차
11.07
1~3차 평균(m1)
8.10
1~4차 평균(m2)
8.84
(3) ‘(1),(2)’의 실험값에 의한 아보가드로수 의 계산 과정
7. 토의 (Discussions)
(1) 정밀도의 향상을 위한 데이터처리
표면적(S)를 구하는 제 4차 시도에서의 S값이 1~3차의 값보다 오차가 크게 나왔다.
평균(m2)과의 오차가 각각 0.14, 0.05, 0.07, 2.97 로서 상대오차(%)는 1.7, 0.61, 0.87, 36이다. 즉, 4번째 표면적(S) 측정값은 다른 측정값에 비해서 그리고 절대적으로 상대오차가 크므로 4번

키워드

아보가드로수의 결정,   아보가드로수,   실험,   분자의 극성,   친수성,   소수성,   표면장력