[실험보고서] 어는 점 내림법에 의하여 용질의 분자량을 측정 : 이 실험을 통해서 어는 점 내림법에 의하여 용질의 분자량을 측정하는 방법을 배우는데 있다

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[실험보고서] 어는 점 내림법에 의하여 용질의 분자량을 측정 : 이 실험을 통해서 어는 점 내림법에 의하여 용질의 분자량을 측정하는 방법을 배우는데 있다에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 이론
　(1) 증기 압력
　(2) 용액에서의 증기압력 ( 비휘발성 용질인 경우 )
　(3) 용액의 증기압력 내림
　(4) 끓는점 오름
　(5) 어는점 내림
　(6) 어는 점 내림의 공식 ( 그림 1. 참조 )
　(7) 과냉각

3. 기구 및 시약
◆ Beckmann 온도계

4. 실험 절차

5. 사용하는 시약
　1) 벤젠 benzene
　2) 나프탈렌 naphthalene
　3) 비페닐 biphenyl

6. 참고 자료




실험결과

2. 실험 측정값

3. 실험값 계산

4. 결과

5. 토의

본문내용

림
순수한 용매에 비해 용액 상태에서는 용질 분자들로 인해 표면에 있는 용매 분자 수가 줄어든다. 따라서 같은 시간 동안 증발되는 분자수는 용액이 순수한 용매보다 적게 되고 결국 증기압력도 낮아진다.
이성분 용액에서 용매의 몰분율을, 용질의 몰분율을 라 하면, 이다. 라울의 법칙을 다시 쓰면,
(는 용질의 몰분율 )
따라서 용매의 증기압의 변화 는 용질의 몰분율 에 비례한다. 음의 부호는 묽은 용액 위의 증기압이 순수한 용매 위의 증기압보다 항상 낮다는 것을 의미한다.
(4) 끓는점 오름
끓음이란 기체 방울이 액체의 전체를 통해 격렬하게 생성되며 표면에서 위로 올라나가는 현상을 말한다. 즉, 증발이 액체 전체에서 일어나는 것으로도 볼 수 있다. 끓음 현상은 액체의 증기압력이 액체에 가해진 외부압력을 능가할 때 발생하며 액체의 증기압이 외부 압력과 같게 되는 온도, 다시 말해 끓음이 일어나기 시작하는 온도를 끓는 점이라 한다. 이와 같이 외부 압력은 끓는 점에 중요한 영향을 끼친다.
용액상에서는 순수한 용매 상태일 때보다 증기 압력이 낮아지므로 용매의 끓는 점에서 용액의 증기 압력은 외부 압력 ( = 끓는 점에서 순수 용매의 증기 압력 ) 보다 작다. 따라서 용매의 끓는 점보다 온도를 더 높여 증기 압력을 외부 압력과 같게 해야 끓음이 일어나게 되므로 용액의 끓는 점은 순수한 용매의 끓는 점보다 높아지게 된다. 이러한 현상을 끓는점 오름 이라 한다.
(5) 어는점 내림
어는점 내림도 끓는점 오름과 비슷하다. 여기에서는 용액으로부터 결정화되는 첫 번째 고체가 순수한 용매인 경우만 고려한다. 즉, 용매만이 결정화 되고 용질은 계속 용매 속에 해리된 상태로 남게 된다. 그러므로 냉각이 점점 더 진행됨에 따라 용액의 농도는 점점 더 진해지게 된다.
순수한 고체 용매는 평형에서 온도에 따라 결정되는 어떤 증기압의 용매와 공존한다. 만일 고체 용매와 용액 중의 용매가 공존하는 상태라면, 이들은 같은 증기압을 가질 것이다. 이 것은 순수한 고체 용매의 증기압 곡선이 용액의 곡선과 만나는 점의 온도임을 의미하며 이 점의 온도가 용액의 어는 점이 된다.
(6) 어는 점 내림의 공식 ( 그림 1. 참조 )
곡선은 순수한 액체 용매의 증기압 곡선이며, 곡선은 순수한 고체 용매의 증기압 곡선이다. 라 붙여진 점선 곡선은 몰분율로 용질이 만큼 함유된 용액의 증기압 곡선이다. 온도 와 는 순수한 용매의 어는 점과 끓는 점이고, 와 는 용액에서의 어는 점과 끓는 점이다. 용액의 증기 압력이 용매보다 낮아지므로, 는 음의 값을, 는 양의 값을 가지게 된다.
그림에서 나타나다시피, 묽은 용액의 증기압 곡선은 순수한 용매의 곡선보다 약간 아래에 놓인다. 낮은 농도의 해리되지 않은 용질의 경우, 두 곡선은 거의 평행하게 되어 같은 기울기 값 을 갖는다. 따라서,
곡선의 기울기 P 의 증가량 / T 의 증가량
(은 에서의 증기압의 감소 )
의 식으로 정리하면, ( - )
( 라울의 법칙에서 유도, 는 용질의 몰분율 ) 상수 는 증기압 곡선의 기울기인 에 해당하므로 순수한 용매만의 성질이다. 바꾸어 말하자면, 는 용질의 화학종과는 무관 하다.
묽은 용액에서는 이고, 윗 식은
여기에서과 는 그램으로 나타낸 용매와 용질의 질량이며, 과 는 용매와 용질의 분자량이다. 와 같이 도 용매의 성질이므로, 용매에 따른 상수 를 정의할 수 있다.
그러면,
은 그램 단위로 측정하므로 은 용매의 ㎏ 수이고, 또 는 용질의 몰수가 된다. 따라서 괄호안의 표현은 몰랄농도 ( m ) 이다.
여기에서 는 용매의 성질에만 관계하는 양의 상수 이다.
이론 (5)에서 이미 언급했던 것처럼, 냉각이 점점 진행될수록 용액의 용매가 얼게 되어 용액의 농도는 점점 높아진다. 따라서 어는 점이 계속 낮아지는 현상 이 발생하게 된다. ( 실험시에는 용매가 순수한 고체로 변하기 시작하는 가장 처음 온도를 용액의 어는 점으로 본다. )
어는 점 내림의 공식을 이용하여 미지 시료의 분자량을 알아낼 수 있다. 이 방법은 열에 불안정한 화합물이 분해가 되기 때문에 증기 밀도법으에 의해서 직접적인 분자량 결정을 할 수 없는 시료에 특히 유용하다. 어는점 내림의 공식을 용질의 분자량 에 대해 정리하면,
( 가 음의 값임 )
과 는 그램 단위로 나타낸 용매와 용질의 질량이다.
용액 중에 해리가 일어난다면 계산하는데 존재하는 화학종 ( 이온성이거나 중성 ) 의 전체 몰랄농도 를 사용하여야 한다.
(7) 과냉각
액체를 냉각해서 그 응고점 이하에 달해도 응고가 일어나지 않고, 액체상인 체로 냉각되는 현상. 혹은 기체의 경우, 증기를 냉각해서 그 온도의 액체 포화 증기압보다 그 증기의 압력 쪽이 크게 되는 온도에 달해도 여전히 응축이 일어나지 않고 증기인 채로 냉각되는 현상을 일컫는다. 과냉각된 액체의 증기압은 같은 온도의 고체 증기압보다 항상 크다. 이들 과냉각 상태는 일종의 준안정 상태이고 과냉각 물질 속에 핵이 되는 씨를 넣어주는 등의 방법에 의해 이 준안정 상태는 무너져, 곧 보다 안정된 상태로 이행된다. 액체의 과냉각은 어는점 내림법에 의한 분자량 측정 실험 등에서 언제나 접하는 현상이다.
3. 기구 및 시약
Sargent 교반장치 ( S 76628 ) 가 달려있는 어는 점 내림 장치, Beckmann 온도계,
확대경 ; 벤젠 또는 기타 용매 ; 나프탈렌, 비페닐 또는 기타 용질
◆ Beckmann 온도계
독일의 화학자 E. O. Beckmann 이 고안. 온도 변화를 극히 정밀히 측정 가능하도록 만든 봉입형 수은 온도계. 하부의 수은구의 체적은 크고, 눈금의 부분은 극히 가는 관으로 되어 있다. 상부의 수은을 저장한 부분이 있는 것이 특징으로, 눈금은 의 사이에 씩 는금이 메겨져 있다. 눈금에는 상승용과 하강용이 있다. 사용할 때는 하부의 수은의 양을 조절하기 위해 이 온도계를 거꾸로 세워서 수은을 상부로 옮긴다. 측정하는 온도일 때, 수은의 선단이 눈금의 범위에 들어가게끔 조절하면 그 부근의 온도 변화를 세밀하게 측정할 수 있다.
4. 실험 절차
실험 전 유의사항
1) 바깥통의 온도는 순수한 용매의 어는 점보다 약
정도 낮게

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