1. 실험 목적
물 표면에 퍼지면서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용해서 몰(mole)을 정의하는데 필요한 아보가드로수를 구해 본다.
2. 실험 이론
물(H2O)은 이중 극자의 성질을 갖고 있는 극성 분자이다. NaCl과 같은 이온 화합물은 단위 전하, 즉 Na+와 Cl-로 완전하게 분리되어 있으나, 극성 화합물은 전하가 부분적으로 분리되어 있다(δ(델타) 기호로 표시한다). 극성 분자들 끼리는 서로 끌어당기는데, 한 분자의 이중 극자의 양극(δ+) 끝이 다른 분자의 이중 극자의 음극(δ-) 끝을 당기게 된다. 그래서 물은 이중 극자를 지닌 포름산(H-COOH)을 녹일 수 있으나, 부탄(C4H10)과 같이 이중 극자가 없는 물질은 녹이지 못한다. 만약 이들 성질을 모두 지닌 분자를 물 표면에 가져오면 분자의 극성 부분은 표면에 끌릴 것이며, 비극성 부분은 반발할 것이다. 그런데 비극성 부분이 극성 부분보다 대단히 크다면 그 분자는 물에 녹지 않을 것이며, 탄소 분자들끼리의 반데르발스 힘에 의해 긴 탄소사슬은 표면에 서게 될 것이다.
이 실험에서 사용하는 스테아르산(stearic acid)은 바로 위에서 설명한 행동을 보인다. 스테아르산은 총 18개의 탄소를 갖고 있으며, 카복실기(-COOH)로 되어 있는 극성의 끝과 16개의 메틸렌기(-CH2)로 되어 있으면서 끝에는 메틸기(-CH3)가 붙어 있는 비극성 꼬리를 가지고 있다. 아래에 이 분자를 자세하게 나타내었다.
스테아르산을 송화가루 가운데 한 방울 떨어뜨린다. 6) 스테아르산 경계면이 바뀌지 않으면 지름을 대각선 방향으로 여러 번 측정한다.3. 실험결과1) 주사기의 보정(1) 1.00 ml에 해당하는 헥세인의 방울 수 223방울, 218방울(2) 헥세인 한 방울의 부피 0.004535147mL/방울2) 스테아르산 용액 한 방울의 덮은 표면적(1)단층막의 직경 2.85cm스테아르산막의 직경을 여러방향으로 재본 결과 3.3, 2.9, 2.7, 2.5cm 가 나왔고 이를 평균내면 지름이 2.85cm인 원으로 추정할 수
단층막의 두께로부터 계산한 탄소의 크기(스테아르산은 탄소 원자 18개가 연결된 것으로생각한다.)탄소 원자가 정육면체라고 가정했을 때의 부피5. 탄소 원자 1몰의 부피다이아몬드의 밀도(3.51g/cm3)로부터 계산한 탄소의 몰 부피6. 아보가드로 수 계산탄소의 몰 부피와 실험에서 얻은 탄소 원자의 부피로부터 계산한 아보가드로 수9. 고찰이번 실험은 헥산과 스테아르산을 사용하여 탄소 원자 1개 부피를 구하고, 탄소 원자 1몰의 부피를 이용하여
단층막높이/스테아르산 탄소수) : 1.715917575*10-8cm*탄소 원자가 정 6면체라고 가정했을때의 부피 V1 (탄소크기)3 : 5.052301591*10-24cm*다이아몬드 밀도로부터 계산한 탄소의 몰부피 Vm(부피=질량/밀도) : 3.421937322ml/mol다이아몬드 밀도 : 3.51g/ml 탄소 1mol의 질량 : 12.011g*아보가드로 수 계산 (탄소 1mol부피/탄소원자 1개의 부피) =Vm/V1=6.77302663*1023개4. 결론 및 논의 이번 실험은 아보가드로의 수를 구하는 실험을 통해 그 자료를 이용하여 직접 아보가드로수를 구하
막을 단층막(monolayer)이라고 부른다.일정한 면적을 가진 물 표면 전체에 스테아르산의 단분자층이 만들어지기 위해 필요한 스테아르산의 부피를 물 표면의 넓이로 나누어 주면 스테아르산 분자의 길이를 얻게 된다. 곧은 사슬 모양의 스테아르산 분자는 탄소 원자 18개가 쌓여 있는 것으로 볼 수 있기 때문에 스테아르산의 길이로부터 탄소 원자 하나의 지름을 얻을 수 있고, 그 값을 이용하면 탄소 원자 하나가 차지하는 부피()도 얻을 수 있다.2. 실험
5.56%가 나왔는데 그 원인을 생각해 본다면 시계접시에 올린 물의양이 정확하지 않았다는 것이 오차의 원인이라 할 수 있겠다. 또 스테아린산의 직경에서 오차가 났을 것이다. 더 정확히 스테아린산의 직경을 잴 수 있는 도구를 사용한다면 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다. 이번 실험을 통해서 아보가드로수를 구하는 방법과 실험방법을 알 수 있어서 아보가드로수의 개념을 정리할 수 있었다.7 References (참고문헌)네이버 지식IN일반화학실험1 교재
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hwp (아래아한글2002)
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