소개글
"바륨의 원자량 측정"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험의 목적
1.2. 원자량 측정의 중요성
1.3. 무게분석법을 통한 바륨 원자량 측정
2. 이론적 배경
2.1. 무게분석법의 정의 및 특성
2.2. AgCl 침전법을 이용한 원자량 측정
2.3. 실험에 사용되는 시약 및 기구의 특성
3. 실험 방법
3.1. 시약 및 기구 준비
3.2. BaCl2와 AgNO3의 반응 및 AgCl 침전
3.3. AgCl 침전물 여과 및 건조
3.4. 질량 측정을 통한 원자량 계산
4. 실험 결과
4.1. 생성된 AgCl의 질량 및 몰수 측정
4.2. BaCl2의 몰수 및 몰질량 계산
4.3. 바륨의 원자량 도출
5. 오차 분석 및 고찰
5.1. 실험 결과와 실제 원자량 비교
5.2. 오차 발생 요인 분석
5.3. 오차 개선을 위한 제언
6. 결론
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험의 목적
이 실험의 목적은 무게분석법(gravimetric analysis)을 이용하여 기존의 알려진 바륨의 원자량을 간접적으로 측정하는 것이다.
1.2. 원자량 측정의 중요성
원자량은 화학 분야에서 매우 중요한 물리량이다. 화학 물질을 구성하는 원소의 종류와 함량을 분석할 때 원자량 정보가 필수적이기 때문이다. 원자량을 정확히 측정하면 물질의 화학 조성을 효율적으로 파악할 수 있다. 또한 원소 간의 결합비를 계산하는데 중요한 기준이 되므로, 물질의 화학식 및 분자량 계산 시 원자량 데이터가 활용된다. 이처럼 원자량은 화학 분석 및 계산의 기본이 되는 핵심 정보이므로, 각 원소의 정확한 원자량을 측정하는 것은 화학 연구에 매우 중요하다. 특히 바륨과 같이 순수한 고체로 관찰되지 않거나 반응성이 높아 기존의 원자량 측정법으로는 정확한 값을 구하기 어려운 원소들의 경우, 무게분석법과 같은 새로운 방법을 통해 원자량을 측정하는 노력이 필요하다. []
1.3. 무게분석법을 통한 바륨 원자량 측정
Dalton이 원자론을 확립한 이후 원자는 모든 물질을 구성하는 기본 입자로 자리잡았으며, 어떤 물질을 구성하고 있는 원자의 종류와 함량을 분석하는 실험은 이후로도 활발하게 이루어졌다. 원자의 종류, 원소는 원자를 구성하는 양성자의 개수에 의해서 결정되는데, 이때 흔히 원소를 대표하는 물리량이 원자량이다. 원자량은 12C 원자 1개의 질량을 12로 정의한 이후, 나머지 원소들에 대해 상대적으로 질량값을 부여한 물리량으로, 일반적으로 양성자와 중성자 개수의 합으로 근사한다. 따라서, 물질의 원소비를 측정 시 원자량을 이용하면 효율적으로 원소비를 구할 수 있기 때문에, 원소들에 대한 원자량의 정밀한 측정은 이전부터 중요한 연구 주제였다.
그러나 바륨과 같은 원소는 기체 상태로 존재하지 않으며, 반응성이 높아 순수한 고체로 산출되지 않기 때문에 기존 방법으로는 정확한 원자량을 측정할 수 없다. 이러한 원소들의 원자량 측정에는 무게분석법이 주로 이용되었는데, M.Curie가 라듐(Ra)와 폴로늄(Po)의 원자량을 측정하는데 처음 고안된 후 T.W. Richard에 의해 확립된 방법이다. 무게 분석법은 반응비가 알려진 화학 반응을 통해 얻어진 생성물의 질량을 측정하여 기존의 반응물의 양이나 조성을 분석하는 방법이다.
특히, 화학 반응 중 Richard는 논문에서 염화 바륨(BaCl2)과 같이 수용성 염화 이온 화합물에 대해서는 은 양이온(Ag+)으로 염화 은(AgCl) 앙금을 침전시키는 반응이 가장 정밀하게 원자량을 측정할 수 있다고 결론지었다. 그 또한 이 반응을 이용하여 약 30가지 원소의 원자량을 측정하였다. 이에 대해 본 실험에서도 다음과 같은 염화바륨과 질산은의 앙금생성반응을 통한 무게 분석법을 통해 바륨의 원자량을 측정하였다.
BaCl2(aq) + 2AgNO3(aq) → Ba(NO3)2(aq) + 2AgCl(s)
질량을 측정한 BaCl2에 과량의 AgNO3를 넣어 반응을 진행시키면, 모든 Cl- 이온이 AgCl의 앙금 상태로 침전하게 된다. 이때 얻어진 AgCl의 질량을 측정한 후, 기존에 알려진 Ag와 Cl의 원자량을 통해 Cl의 질량과 몰 수를 측정할 수 있다. 따라서, 처음 측정한 BaCl2의 질량에서 Cl의 질량을 빼면, Ba만의 질량을 알 수 있으며, Ba와 Cl이 1:2의 개수비로 결합한 사실을 이용하여 Ba의 원자량을 얻을 수 있다.
위와 같은 방법을 통해, 본 실험에서는 Ba의 원자량을 무게분석법을 통해 측정하였으며 기존에 알려진 Ba의 원자량인 137.33과 비교하여 오차율과 오차원인을 분석하였다. []
2. 이론적 배경
2.1. 무게분석법의 정의 및 특성
무게분석은 정량분석의 한 방법으로, 어떤 물질을 구성하는 성분을 홑원소물질이나 화합물로 분리시키고 이들의 무게로 측정하여 원하는 성분의 양을 결정하는 방법이다. 주로 분석물의 침전 반응(precipitation reaction)에 의해 생성된 생성물의 질량으로부터 원래 분석물질의 양을 계산하는 데 이용한다. 이는 표준 시료를 필요로 하지 않는 절대법의 하나이며, 주성분으로서 함유되어 있는 성분의 정량에 적합하다. 거의 모든 원소에 대해 적용될 수 있고 직접 측정하므로 원리도 간단하며 정확하다. 20세기 초 T. W. Richards와 그의 공동연구자들은 무게분석을 통해 Ag, Cl, N의 원자량을 여섯 자리 수까지 정확히 측정하였으며 기존 실험들이 가지고 있었던 오차의 원인을 밝혀 원자량 측정 방법론의 발전에 기여하였다. 그 공로로 1914년 노벨 화학상을 수상하였다. 최근에는 다른 분석 방법이 많이 개발되어 널리 사용되지 않지만, 아직도 가장 정확한 분석 방법 중 하나로 평가받고 있다.
2.2. AgCl 침전법을 이용한 원자량 측정
AgCl 침전법은 원자량 측정에 널리 활용되는 방법이다. 이는 Marie Curie와 Pierre Curie 부부가 라듐의 원자량을 결정했던 것과 동일한 방법이다. 이 방법은 원소 자체의 원자량을 정밀하게 측정할 수 있어 매우 유용하다.
화학 반응식을 통해 알 수 있듯이, Cl-을 함유한 용액에 Ag+를 가하면 AgCl(s)이 침전된다. 생성된 AgCl 침전물의 질량을 측정하면 Cl-의 양을 정량할 수 있다. 따라서 처음 측정한 BaCl2의 양과 생성된 AgCl의 양을 이용하여 Ba의 원자량을 도출할 수 있다.
AgCl은 잘 녹지 않고, 쉽게 거를 수 있으며, 화학적 조성이 잘 알려진 특성을 갖고 있어 이상적인 침전물이라 할 수 있다. 다만 AgCl 입자가 너무 작게 형성되면 여과 과정에서 손실될 수 있으므로, 충분히 큰 입자가 생성되도록 주의를 기울여야 한다.
침전 과정에서는 핵생성과 입자 성장의 두 단계가 발생하는데, 매우 과포화된 용액에서는 핵생성이 빨리 진행되어 작은 입자가 생성될 수 있다. 따라서 덜 과포화된 조...
참고 자료
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전기식 아스피레이터 제품설명서 http://www.joylab.net/src/products/products_detail.php?product_mst_id=0098_00002
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