소개글
"실험 기구 100개"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험의 배경 및 중요성
1.2. 실험의 목적
1.3. 실험의 원리 및 이론
2. 본론
2.1. 물의 특성
2.1.1. 물의 극성
2.1.2. 수소결합
2.1.3. 표면장력
2.1.4. 물의 밀도
2.2. 유리기구의 특성 및 주의사항
2.2.1. 유리기구의 특성
2.2.2. 유리기구의 부피 측정 현상
2.2.3. 유리기구의 사용법
2.3. 불확실성 및 오차
2.3.1. 정밀도와 정확도
2.3.2. 우연오차와 계통오차
2.3.3. 표준편차와 표준오차
2.3.4. 유효숫자
2.4. 실험 기구 및 시약
2.4.1. 저울의 사용법
2.4.2. 피펫 사용법
2.4.3. 뷰렛 사용법
2.5. 실험 방법
2.5.1. 실험 A: 무게 측정
2.5.2. 실험 B: 피펫을 이용한 액체의 이동
2.5.3. 실험 C: 눈금실린더를 이용한 액체의 이동
2.5.4. 실험 D: 뷰렛을 이용한 액체의 이동
3. 결론
3.1. 실험 결과 종합
3.2. 오차 원인 분석
3.3. 실험의 의의 및 향후 연구 방향
4. 참고문헌
5. 부록
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험의 배경 및 중요성
화학은 물질의 정체와 변환을 연구하고 화학 반응의 특성을 연구하는 자연과학의 핵심 분야이다. 따라서 화학 실험에서의 관찰과 측정은 화학이라는 분야에 대해 배우는 첫 단계라고 할 수 있으며 실험을 통해 예측하고 결과를 도출해 낼 수 있다. 대부분 실험은 도구나 기기를 이용하여 측정된 값을 가지고 결과를 도출한다. 그 결과가 정확하게 도출하기 위해서는 도구나 기기가 정밀하고 정확해야 하며 실험자 또한 정확한 방법을 통해 도구나 기기를 사용해야 한다. 하지만 실험에 사용 되는 기구에는 불확실성 이라는 것이 존재한다. 불확실성이란 확실하지 아니한 성질 또는 그런 상태를 뜻하는데 이 불확실성은 기구를 다루는 게 미숙하거나 기구 사용 방법이 잘못되어 나타날 수 있다. 그래서 우리는 이 불확실성을 최소화하고 정밀하고 정확한 결과를 얻기 위해 기구의 사용방법을 정확히 이해하고 숙지하여 사용하여야 한다.
1.2. 실험의 목적
실험의 목적은 실험을 할 때에 가장 기초적인 측정기구인 저울과 유리기구에 대해 각각 명칭과 사용법을 학습하고 유리기구가 갖고 있는 불확실성에 대해 이해하며, 데이터 처리 및 불확실도 추정 방법을 학습하는 것이다."
1.3. 실험의 원리 및 이론
화학은 물질의 정체와 변환을 연구하고 화학 반응의 특성을 연구하는 자연과학의 핵심 분야이다. 따라서 화학 실험에서의 관찰과 측정은 화학이라는 분야에 대해 배우는 첫 단계라고 할 수 있으며 실험을 통해 예측하고 결과를 도출해 낼 수 있다. 대부분 실험은 도구나 기기를 이용하여 측정된 값을 가지고 결과를 도출한다. 그 결과가 정확하게 도출하기 위해서는 도구나 기기가 정밀하고 정확해야 하며 실험자 또한 정확한 방법을 통해 도구나 기기를 사용해야 한다. 하지만 실험에 사용 되는 기구에는 불확실성이라는 것이 존재한다. 불확실성이란 확실하지 아니한 성질 또는 그런 상태를 뜻하는데 이 불확실성은 기구를 다루는 게 미숙하거나 기구 사용 방법이 잘못되어 나타날 수 있다. 그래서 우리는 이 불확실성을 최소화하고 정밀하고 정확한 결과를 얻기 위해 기구의 사용방법을 정확히 이해하고 숙지하여 사용하여야 한다.물은 극성분자로서 상대적으로 부분적인 전하를 띄고 있는 부분과 양전하를 띄고 있는 부분이 존재한다. 그러므로 각 부분은 양전하와 음전하를 끌어당길 수 있다. 물은 전기음성도가 큰 산소 원자에 두 개의 전기음성도가 작은 수소원자가 결합한 형태로 이루어져 있다. 이러한 구조로 인해 물 분자 간에 강한 수소결합이 형성된다. 수소결합은 상대적으로 작은 전기음성도를 가진 수소 원자와 큰 전기음성도를 가진 원자(주로 F, O, N) 사이에 형성되는 특수한 결합이다. 이 수소결합으로 인해 물은 비교적 높은 끓는점과 녹는점을 갖게 된다.
또한 물은 표면장력이 큰 액체이다. 표면장력이란 액체 표면에서 일어나는 현상으로, 표면에 있는 분자들은 밖으로 인력이 작용하지 않게 되는 불안정한 상태에서 안정된 상태가 되기 위하여 힘의 평형을 맞추어 안으로 더 강하게 밀집되어 수축하려는 성질이다. 극성분자인 물은 극성을 띄고 있기 때문에 극성인 유리와 만나게 되면 유리와 액체사이에 부착력이 강하게되어 응집력이 상대적으로 약하게 된다. 반면 무극성인 물체와 만나게 되면 표면과 액체의 부착력이 낮기 때문에 이슬모양처럼 더욱 둥근 모양으로 수축하며 무극성 물체와 액체사이에 닿는 면적이 작아진다.
한편, 물의 밀도는 특이한 성질을 갖고 있다. 대부분의 물질들은 냉각됨에 따라 기체에서, 액체, 액체에서 고체가 되고 분자사이의 거리가 줄어들면서 밀도가 증가하게 되지만, 물만은 약 4도씨(3.98도씨)에서 밀도가 가장 크다. 이는 물이 수소결합을 하고 있으며 1개의 물분자가 4개의 분자와 결합할 수 있는데, 물이 4도씨 이하가 되면 물분자 끼리 인력이 가까워져 수소결합을 이용하여 응결하게 되며 육각형 모양으로 결합을 하여 부피가 증가하게 되기 때문이다. 이로 인해 질량의 손실이 없고 부피가 증가하게 되어 밀도는 감소하게 된다.
2. 본론
2.1. 물의 특성
2.1.1. 물의 극성
물은 산소와 수소의 결합물로 상온에서 색, 냄새, 맛이 없는 액체이다. 물 분자는 극성분자로서 상대적으로 부분적인 (-) 전하를 띄고 있는 산소 원자와 (+) 전하를 띄고 있는 수소 원자가 존재한다. 이로 인해 각 부분은 (+)와 (-)전하를 끌어당길 수 있다. 즉, 물 분자의 한쪽 극은 음전하, 다른 한쪽 극은 양전하를 띄고 있는 극성 분자이다. 따라서 물은 전기음성도가 큰 산소원자와 약한 수소원자 사이에 형성된 극성공유결합을 하고 있다.
이러한 극성으로 인해 물 분자끼리 수소결합을 형성할 수 있다. 또한 극성을 띄고 있는 물 분자는 극성을 띄고 있는 물질과 잘 반응하지만, 무극성 물질과는 잘 반응하지 않는다. 이처럼 물의 극성은 물의 다양한 화학적 성질을 결정하는 핵심 요인이 된다.
2.1.2. 수소결합
물은 전기음성도가 큰 산소 원자와 수소 원자가 결합한 극성분자이다. 이 때 수소 원자의 양전하와 산소 원자의 음전하 사이에 강력한 인력이 작용하여 수소결합을 형성한다. 수소결합은 일반적인 화학결합보다 강한 결합력을 가지고 있어, 물 분자들 사이에서 매우 중요한 역할을 한다.
수소결합은 물 분자 사이, 물 분자와 다른 극성분자 사이에서 발생한다. 1개의 물 분자는 최대 4개의 수소결합을 형성할 수 있는데, 이는 산소 원자의 2개의 lone pair 전자와 인접한 2개의 수소 원자가 결합할 수 있기 때문이다. 또한 물 분자들이 수소결합을 통해 결합하면 육각형 구조를 형성하는데, 이러한 수소결합 네트워크 덕분에 물은 높은 끓는점, 표면장력, 점도 등의 특성을 가지게 된다.
수소결합은 물의 물리 화학적 성질에 큰 영향을 미친다. 수소결합으로 인해 물은 상온에서 액체 상태로 존재할 수 있으며, 높은 끓는점과 표면장력을 갖게 된다. 또한 수소결합은 단백질, DNA, RNA 등 생명체 내 중요한 생체고분자의 3차원 구조 형성에 필수적인 역할을 한다.
결론적으로 물 분자 간의 수소결합은 물의 고유한 물리 화학적 특성을 결정하는 핵심 요인이며, 생명체 내에서도 필수적인 역할을 한다고 볼 수 있다.
2.1.3. 표면장력
액체 표면에 작용하는 표면장력은 액체 분자 사이의 응집력의 차이에 의해 발생한다. 액체 표면의 분자들은 내부의 분자들에 비해 주변으로부터 받는 인력이 작기 때문에 표면 에너지가 높은 상태가 된다. 이를 안정화하기 위해 표면 분자들은 서로 당겨져 표면적을 최소화하려 한다. 이때 발생하는 힘이 표면장력이다.
표면장력은 액체 내부와 표면에서 작용하는 응집력의 차이로 인해 발생하며, 이 힘은 액체를 통해 이동하는 물체에 영향을 미친다. 예를 들어 물방울이 구형을 띠는 이유는 표면장력으로 인해 표면적을 최소화하려고 하기 때문이다. 또한 모세관 현상은 표면장력으로 인해 액체가 좁은 관을 따라 올라가는 현상이다.
물과 같은 극성 물질은 유리와 같은 극성 물질과 만나면 표면과의 부착력이 강해져 액체의 응집력이 상대적으로 약해지므로 오목한 형태의 메니스커스가 생긴다. 반면 수은과 같은 무극성 물질은 표면과의 부착력이 약해 볼록한 메니스커스가 생긴다. 이처럼 액체의 표면장력은 액체와 물질 간의 상호작용에 따라 달라지므로, 실험에서 정확한 부피 측정을 위해서는 메니스커스 현상을 고려해야 한다.
따라서 표면장력은 액체의 고유한 특성으로, 화학 실험에서 액체의 거동을 이해하고 실험 오차를 줄이는 데 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다.
2.1.4. 물의 밀도
물의 밀도는 각 물질의 고유한 특성을 나타내는 중요한 물리량이다. 보통의 물질들은 온도가 낮아질수록 고체, 액체, 기체 순으로 상변화하면서 밀도가 증가하게 된다. 하지만 물의 경우 예외적으로 약 4도 섭씨에서 가장 높은 밀도를 나타낸다.
이는 물 분자 간의 수소결합 때문이다. 물 분자는 수소 원자와 산소 원자가 결합한 형태로, 각 물 분자는 최대 4개의 다른 물 분자와 수소결합을 할 수 있다. 0도에서 4도 사이의 온도에서 물 분자들이 육각형 구조를 이루면서 결합하게 되는데, 이 과정에서 부피가 증가하여 밀도가 감소하게 된다. 따라서 물은 약 4도 섭씨에서 가장 높은 밀도를 나타내게 된다.
이처럼 물의 밀도는 온도에 따라 변화하는데, 일반적으로 온도가 높아질수록 밀도는 감소한다. 예를 들어 0도 섭씨에서 물의 밀도는 0.9998 g/cm³이지만, 100도 섭씨에서는 0.9584 g/cm³로 감소한다. 이는 온도가 높아질수록 물 분자 간의 평균 거리가 멀어지기 때문이다.
또한 압력 변화에 따라서도 물의 밀도가 달라진다. 압력이 증가하면 분자 간의 거리가 가까워져 밀도가 증가하고, 압력이 감소하면 분자 간의 거리가 멀어져 밀도가 감소한다. 예를 들어 1기압에서의 물의 밀도는 약 1 g/cm³이지만, 100기압에서의 물의 밀도는 약 1.07 g/cm³로 증가한다.
이처럼 물의 밀도는 온도와 압력에 따라 변화하는데, 이러한 특성은 화학 실험이나 공정 설계 등 다양한 분야에서 활용된다. 따라서 물의 밀도에 대한 정확한 이해가 필요하다.
2.2. 유리기구의 특성 및 주의사항
2.2.1. 유리기구의 특성
유리기구는 취급 시 주의할 점등을 잘 숙지하고 사용해야 한다. 유리이기 때문에 깨짐의 위험이 있으며 시약 등이 묻은 후 세척하지 않으면 쉽게 오염되게 된다. 그러므로 유리기구는 사용 전 반드시 세척액과 솔로 깨끗이 씻은 후 다량의 증류수로 여러 번 세척해야 하며 완전히 건조시켜 사용해야 한다. 이를 통해 불순물이 섞이거나 남은 물기 등으로 인한 물리량 측정에 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 유리기구를 가열하여 온도가 상승하게 되면 팽창되기 때문에 정확한 부피를 측정하기 위해서는 유리기구를 가열하여 사용해서는 안 된다.
2.2.2. 유리기구의 부피 측정 현상
유리기구의 부피 측정 현상은 유리기구를 이용하여 액체의 부피를 측정할 때 발생하는 현상들이다. 이는 액체의 표면장력과 유리와의 부착력 차이에서 기인한다.
먼저, 액체 표면에서 일어나는 현상인 모세관 현상이 있다. 모세관 현상은 액체 속에 모세관을 넣었을 때 부착력에 의해 관 속의 액면이 외부의 액체보다 높아지거나 낮아지는 현상이다. 이 높이는 모세관의 굵기가 가늘수록, 액체의 표면장력이 클수록 높아진다.
이러한 모세관 현상으로 인해 유리기구에서는 액면의 끝이 오목하거나 볼록한 형태인 메니스커스가 형성된다. 물의 경우 유리와의 부착력이 응집력보다 크기 때문에 오목한 메니스커스를 보이지만, 수은의 경우 응집력이 부착력보다 크기 때문에 볼록한 메니스커스를 나타낸다.
일반적으로 메니스커스를 읽을 때는 위로 볼록한 경우...
참고 자료
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=62802&docId=5662775&categoryId=62802 - 화학
https://ko.dict.naver.com/#/entry/koko/53fcacfa55c3444eb49125e6c305616b - 불확실성
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1160200&categoryId=32251 - 피펫
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1092673&categoryId=32251 - 눈금실린더(메스실린더)
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=42326&docId=653447&categoryId=42326 - 메니스커스
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1105202&categoryId=32251 - 뷰렛
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=50333&docId=1016308&categoryId=50333 - 우연오차
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1158826&categoryId=32212 - 표준편차
줌달의 기본일반화학, 8판, 화학교재연구회, 사이플러스, 2018, p.40~44 – 유효 숫자
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=46637&docId=538826&categoryId=46637 - 저울
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1106356&categoryId=32251 - 비이커
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=49080&docId=1838723&categoryId=49080 - 온도계
https://terms.naver.com/entry.naver?cid=40942&docId=1249200&categoryId=32202 - 클램프
Jason Overby·Raymond Chang, 레이먼드 창의 일반화학, 화학교재연구회 역, 제 14판; 서울: 사이플러스, 2023, pp.33-34.
Jason Overby·Raymond Chang, 레이먼드 창의 일반화학, 화학교재연구회 역, 제 14판; 서울: 사이플러스, 2023, pp.38-41.
대학교재연구회, 최신일반화학실험, 초판; 서울: 사이플러스, 2010, pp.43-45.
한국지폐공사, 주화, ｢백원화｣.
화학물질안전원, 화학물질종합정보시스템, ｢구리, 원소 Copper, elemental｣.
화학물질안전원, 화학물질종합정보시스템, ｢아세트산Acetic acid｣.
화학물질안전원, 화학물질종합정보시스템, ｢니켈, 원소 Nickel, elemental｣.
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=labguide4574&logNo=221151252177 - 실험목적
https://m.blog.naver.com/at3650/40067560440 - 물의 수소결합-맥머리의 유기화학
https://blog.daum.net/hansdg119/15683667 - 표면장력
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%A4%EC%B0%A8 - 오차, 계통오차, 우연오차
https://ballpen.blog/%EC%B8%A1%EC%A0%95-%EC%A0%95%ED%99%95%EB%8F%84%EC%99%80-%EC%A0%95%EB%B0%80%EB%8F%84%EC%9D%98-%EA%B3%84%EC%82%B0/ - 측정 기술 분야에서 정확도와 정밀도의 차이
https://ballpen.blog/%ec%98%a4%ec%b0%a8-%ea%b3%84%ed%86%b5%ec%98%a4%ec%b0%a8-%ea%b3%bc%ec%8b%a4%ec%98%a4%ec%b0%a8-%ec%9a%b0%ec%97%b0%ec%98%a4%ec%b0%a8%ec%9d%98-%ea%b0%9c%eb%85%90%ea%b3%bc-%ec%98%88%ec%8b%9c/#1__systematic_error - 계통오차, 우연오차
https://jaehoo.tistory.com/entry/표준편차에서-n-1-쓰는-이유 - 표준편차에서 n-1을 쓰는 이유
https://m.blog.naver.com/at3650/40073489870 - 물의 밀도 특성
https://m.blog.naver.com/beadsme/221672227577 -모세관 현상
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A9%94%EB%8B%88%EC%8A%A4%EC%BB%A4%EC%8A%A4 - 메니스커스 읽는법
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=sys10040503&logNo=110085643801 - 유리기구 눈금 읽기
https://ballpen.blog/%ed%91%9c%ec%a4%80-%ec%98%a4%ec%b0%a8-%ea%b0%9c%eb%85%90-%ea%b3%84%ec%82%b0-%eb%b0%a9%eb%b2%95/#1 -표준오차
https://math100.tistory.com/43 - t분포표 보는법 (사진)
https://allgo77.tistory.com/41 - 유효숫자 구별법, 계산법
https://m.blog.naver.com/seo0511/10134198093 -과학적 표기법, 공학적 표기법
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=danny278&logNo=150186581449 -피펫 휠러 사용법, 사진
https://oksure.org/archives/2300 -피펫 휠러 사용법
http://egloos.zum.com/lovos/v/2152481 전기음성도
https://ballpen.blog/%EC%B8%A1%EC%A0%95-%EC%A0%95%ED%99%95%EB%8F%84%EC%99%80-%EC%A0%95%EB%B0%80%EB%8F%84%EC%9D%98-%EA%B3%84%EC%82%B0/ -정밀도 사진
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=sys10040503&logNo=110085643801 - 메니스커스 읽기
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AA%A8%EC%84%B8%EA%B4%80_%ED%98%84%EC%83%81 - 물과 수은의 메니스커스
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=at3650&logNo=40073489870 - 물의 밀도 그래프
https://www.flier.co.kr/forum/suyeong-ilban-iron/suyeongyi-yeoghag-mulyi-bijungpyeon-mildo-mic-bijung-density-specific-gravity - 물의 밀도 표
https://ballpen.blog/%ed%91%9c%ec%a4%80-%ec%98%a4%ec%b0%a8-%ea%b0%9c%eb%85%90-%ea%b3%84%ec%82%b0-%eb%b0%a9%eb%b2%95/#1 - 표준오차 그래프
https://www.navimro.com/g/1033971/ - 저울의 제품 & 기술사양
https://www.navimro.com/g/00236645/ - 저울
https://www.doopedia.co.kr/photobox/comm/community.do?_method=view&GAL_IDX=160311001000137#hedaer -눈금 실린더
http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ0BFqS8W618I-EM49ashymey4oTZsVejABiT4io23FG8bIztt7 - 매스 플라스크
https://kr.raptorsupplies.com/pd/lab-safety-supply/667240 - 메스피펫
https://blog.daum.net/vls07115003/10596 - 홀피펫
https://www.allforlab.com/pdt/PDNN20122800011?keywords= - 피펫 펌프
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=joylabnet&logNo=221214333200 - 피펫 휠러
http://oceansci.co.kr/index.php?mid=productdescriptions&listStyle=list&order_type=desc&document_srl=9466&sort_index=regdate - 뷰렛
https://cacheby.com/@cacheby/products/bc929536-c8ec-11ec-9d64-0242ac120002 - 뷰렛 클램프
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=glbox&logNo=221444623102 - 비이커
https://www.youtube.com/watch?v=nrjaI7vQ2vg&t=1s - 저울 사용법, 뷰렛 사용법, 피펫 사용법, 유리기구 세척법
https://www.youtube.com/watch?v=K4ffsEmCGTI&t=342s - 뷰렛 사용법, 뷰렛 세척법, 저울 사용법, 온도계 사용법
