본문내용
1. 실험 제목
아보가드로 수의 결정
실험 목적은 물 표면에서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용하여 몰(mole)을 정의하는 데 필요한 아보가드로 수를 결정하는 것이다.
아보가드로 수는 기호 NA로 표시되며, 1몰의 물질 속에 포함된 입자의 개수를 나타내는 비례상수이다. 아보가드로 수의 값은 질량수 12인 탄소 12g에 들어있는 탄소원자의 수와 같은 6.022x10^23 mol^-1이다. 아보가드로 수는 탄소원자 1몰이 차지하는 부피와 탄소원자 1개의 부피를 알면 계산할 수 있다.
스테아르산은 친수성과 소수성을 모두 가진 분자로, 물 표면에서 단분자층의 막을 형성한다. 스테아르산 분자는 18개의 탄소원자가 연결된 구조로, 각 탄소원자의 부피와 단층막의 두께를 측정하여 탄소원자 1몰의 부피를 구할 수 있다. 그리고 이를 통해 아보가드로 수를 계산할 수 있다.
실험에 사용된 주요 기구와 시약은 다음과 같다. 시계접시, 주사기, 100mL 부피 플라스크, 자, 스포이트, 저울, 유산지, 약수저, 파라필름. 증류수, 헥세인 용액, 송화가루, 스테아르산 등이다.
실험 과정은 다음과 같다. 먼저 주사기를 이용하여 헥세인 용액 1mL를 정확히 측정하고, 그 방울 수를 세어 헥세인 한 방울의 부피를 계산한다. 다음으로 시계접시에 증류수를 붓고 송화가루를 고르게 펴놓은 뒤, 스테아르산 용액 한 방울을 떨어뜨려 퍼지는 단층막의 직경을 측정한다. 이를 통해 단층막의 면적을 구할 수 있다. 그리고 스테아르산 용액 한 방울의 부피와 질량을 계산하여 단층막의 두께를 구한다.
실험 결과, 스테아르산 단층막의 직경은 평균 4.575cm, 면적은 7.186cm^2이었다. 한 방울의 부피는 4.34x10^-6mL, 단층막의 두께는 6.04x10^-7cm로 계산되었다. 이를 통해 탄소원자 1개의 직경을 3.355x10^-8cm, 부피를 3.776x10^-23mL로 구했다. 탄소원자 1몰의 부피는 3.42mL로 계산되었고, 이를 이용하여 아보가드로 수를 9.057x10^22 mol^-1로 도출했다.
실험 결과에는 오차가 크게 발생했는데, 이는 실험 환경, 특히 강한 바람의 영향으로 인한 것으로 보인다. 송화가루 퍼짐이 고르지 않고 단층막 경계면이 일그러져 정확한 측정이 어려웠던 것이 주요 요인으로 작용한 것으로 분석된다.
또한 실험기구의 정확성 부족과 실험자의 숙련도 부족 등도 오차 발생에 기여했을 것으로 생각된다.
2. 실험 목적
물 표면에서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용하여 몰(mole)을 정의하는데 필요한 아보가드로 수(Avogadro's number)를 결정하는 것이 이 실험의 목적이다.
스테아르산은 친수성과 소수성을 모두 가지는 분자로, 물 표면에서 단분자층의 막을 형성한다. 단층막의 면적과 두께를 측정하여 탄소 원자의 크기와 부피를 계산할 수 있고, 이를 통해 탄소 원자 1몰의 부피를 구할 수 있다. 탄소 원자 1몰의 부피와 탄소 원자 1개의 부피 간의 비로부터 아보가드로 수를 계산할 수 있다.
이를 위해 스테아르산 용액을 물 표면에 떨어뜨려 생성되는 단층막의 직경을 측정하고, 스포이트를 이용하여 용액 한 방울의 부피를 계산한다. 또한 다이아몬드 결정의 밀도 등 관련된 물리량을 활용하여 탄소 원자 ...
