끓는점 오름법에 의한 분자량 측정 실험

본 내용은 " [물리화학실험 A+] 끓는점 오름법에 의한 분자량 측정 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.04.07

문서 내 토픽

• 1. 끓는점 오름(Boiling Point Elevation)

  액체의 증기압이 외부압력과 동일할 때의 온도를 끓는점이라 한다. 비휘발성 용질이 용매에 녹으면 용액의 증기압이 순수 용매보다 낮아져 더 높은 온도에서 끓게 된다. 이 온도 차이를 끓는점 오름이라 하며, 용매의 성질과 용액의 농도에 따라 ΔTb = Kb × m의 관계식을 따른다. 끓는점 오름은 용질의 종류가 아닌 입자 수에만 영향을 받는 총괄성을 지닌다.

• 2. 몰랄 끓는점 오름상수(Kb)

  몰랄 끓는점 오름상수는 용매의 성질에만 관련된 상수로, 온도와 무관하다. 실험에서는 나프탈렌을 용질로 사용하여 아세톤의 Kb값을 결정했다. 측정된 Kb값은 1.0138 K·g/mol이었으며, 이론값 1.70 K·g/mol과 비교하여 40.36%의 오차율을 보였다. 이 상수는 미지시료의 분자량 결정에 사용되었다.

• 3. 분자량 측정 원리

  끓는점 오름법을 이용한 분자량 측정은 M₂ = (Kb × W₂ × 1000)/(W₁ × ΔTb) 공식을 사용한다. 여기서 W₁은 용매의 무게, W₂는 용질의 무게, ΔTb는 끓는점 오름이다. 실험에서 미지시료의 분자량은 128.17 g/mol로 측정되어 벤조산(122.12 g/mol)으로 동정되었다.

• 4. 실험 오차 원인 분석

  주요 오차 원인으로는 나프탈렌의 승화성으로 인한 용질 무게 감소, 아세톤의 휘발성으로 인한 용매 무게 감소, 온도계 보정 미실시, 아세톤 순도 99.5% 등이 있다. 특히 나프탈렌은 상온에서 쉽게 승화하고 첨가 과정에서 일부가 장치 입구에 남아 실제 첨가량이 측정값보다 적었다. 이러한 오차들이 최종 결과에 영향을 미쳤다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 끓는점 오름(Boiling Point Elevation)

  끓는점 오름은 용질이 용매에 녹을 때 발생하는 중요한 콜리게이티브 성질입니다. 이 현상은 용질 분자가 용매의 증발을 방해하여 더 높은 온도에서 끓어야 한다는 원리에 기반합니다. 실제 응용에서 자동차 부동액이나 냉각수에 소금을 첨가하는 것이 이 원리를 활용한 예입니다. 끓는점 오름의 크기는 용질의 종류와 무관하게 용매에 녹아있는 용질 입자의 개수에만 의존한다는 점이 흥미롭습니다. 이는 물리화학의 기본 원리를 이해하는 데 매우 유용하며, 산업적으로도 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

• 2. 몰랄 끓는점 오름상수(Kb)

  몰랄 끓는점 오름상수는 각 용매의 고유한 성질을 나타내는 중요한 물리상수입니다. 물의 경우 약 0.512 K·kg/mol이며, 이 값은 용매의 분자량과 기화열에 의존합니다. Kb값이 클수록 같은 농도의 용질에 대해 끓는점 오름이 더 크다는 의미입니다. 이 상수를 이용하면 용질의 몰랄 농도를 정확히 계산할 수 있어 분자량 측정에 매우 유용합니다. 다양한 용매의 Kb값을 비교하면 용매의 물리적 특성을 이해하는 데 도움이 되며, 정확한 값의 사용이 실험 결과의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

• 3. 분자량 측정 원리

  끓는점 오름을 이용한 분자량 측정은 콜리게이티브 성질의 실제 응용으로서 매우 우아한 방법입니다. 미지의 물질을 용매에 녹이고 끓는점 변화를 측정한 후, ΔTb = Kb × m 공식을 이용하여 몰랄 농도를 구하고, 이로부터 분자량을 계산합니다. 이 방법은 비교적 간단한 장비로도 수행 가능하며, 정확도도 우수합니다. 특히 비휘발성 비전해질 물질의 분자량 측정에 효과적입니다. 다만 휘발성 물질이나 전해질의 경우 보정이 필요하며, 정확한 온도 측정이 결과의 질을 좌우합니다.

• 4. 실험 오차 원인 분석

  끓는점 오름 실험에서 발생하는 오차는 여러 원인에서 비롯됩니다. 온도계의 정확도 부족, 끓는점 측정 시 정확한 순간의 포착 어려움, 용질의 불완전한 용해, 용매의 증발로 인한 농도 변화 등이 주요 원인입니다. 또한 대기압 변화에 따른 끓는점 변화, 용기의 열손실, 불순물의 존재도 영향을 미칩니다. 이러한 오차를 최소화하기 위해서는 정밀한 온도계 사용, 충분한 시간 동안의 안정화 대기, 반복 측정을 통한 평균값 계산이 필요합니다. 체계적인 오차 분석을 통해 실험의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.