REPORT아보가드로 수의 결정@@대학교@@@@@과@@@@@@@@@@@1. 실험날짜 : 2020.04.03.2. 조&조원 :3. 실험제목 : 아보가드로 수(N _{A})의 결정4. 실험목표 : 이론 학습을 통해 아보가드로의 법칙을 이해하고, 실험을 통해 아보가드로의 수를 결정한다.5. 실험이론 :1) 아보가드로의 법칙- 일정한 온도와 압력에서 동일한 부피의 기체는 동일한 분자수(아보가드로수 :N _{A})를 갖는다.- V(기체의 부피) = a(비례상수)?n(몰수)(+ 낮은 압력에서 기체에 잘 적용된다.)2) 아보가드로의 수- 1mol의 물질 입자 속에 들어있는 입자의 수- 1mol = 12g의 순수한{}^{12} C중에 들어있는 탄소원자의 수- 질량분석법에 의해 1mol =6.022 TIMES 10 ^{23}개의 원자가 존재한다.3) 스테아린산- 스테아린산 분자의 한쪽 끝은 친수성(카르복실기), 다른 한쪽은 비극성(탄화수소사슬)- 위 성질에 의해 물 표면에 나란히 배열되어 단막층이 형성된다.- 이때 필름의 두께는 대략적인 분자의 길이와 같으므로 분자의 크기를 구할 수 있다.- 분자의 크기를 통해 아보가드로 수의 계산이 가능하다.4) 카르복실기[그림 2] 카르복실기의 구조- 탄소, 수소, 산소로 이루어진 작용기 중 하나이다.- 극성 물질로 친수성을 띈다.- 이로 인해 스테아린산의 한쪽 끝이 물 표면으로 향하게 된다.5) 시클로헥산[그림 3] 시클로헥산의 구조- 석유 냄새가 나는 투명한 액체이다.- 휘발성이 강해 본 실험에서 스테아린산 용액을 제조하는 데에 사용된다.- 흡입 시 유해성이 있어 주의하여 보관해야한다.6) 실험값의 보정- 이 실험에서는 정확한 부피 측정을 위해 측정용기를 보정한다.- 보다 정확한 값을 얻기 위해 부피 측정 기구를 이용해 용액의 부피를 여러번 측정한다.6. 실험기구 및 시약 :시클로핵산, 스테아린산, 송화가루, 증류수, 샬렛디쉬, 스포이드, 유산지(weighing paper), 비커, 자7. 실험방법 :① 실험 도구를 깨끗이 닦은 후 피펫이나 스포이드를 이용하여 시클로헥산 1ml의 방울 수를 측정한다. ( 주사기를 수직으로 세워야 방울수가 일정함 )② 오차를 줄이기 위해 3번 정도 반복 측정한다.③ 실험용 접시에 증류수를 반쯤 채우고, 송화가루를 그 위에 균일하게 뿌려준다.④ 스테아린산 0.02g과 시클로헥산 100ml를 혼합하여 스테아린산 용액을 제조한다.⑤ 제조한 스테아린산 용액을 송화가루가 퍼져있는 접시 중앙에 한 방울 떨어뜨린다.⑥ 자를 이용하여 원형으로 퍼진 단분자층의 직경을 측정한다.⑦ 남은 실험 용액은 폐액통에 처리하고, 사용한 실험 기구는 깨끗이 씻어 정리한다.8. 실험결과 :1) 스포이드의 보정B= {시클로헥산`1ml} over {A}ⓐ 1.00mL에 해당하는 시클로헥산의 방울 수 = ⓐ 38 방울ⓑ 시클로헥산 한 방울의 부피 = ⓑ 0.026 mL/방울2) 스테아린산 용액 한 방울이 덮은 표면적(넓이)원넓이=D=r ^{2} pi =(C/2) ^{2} pi ⓐ 단층 막의 직경(지름) = ⓒ 4.5 cmⓑ 단층 막의 넓이 = ⓓ 16cm ^{ 2}3) 스테아린산 단층막의 두께0.02g:100ml=E _{g} :Bmlⓐ 스테아린산 한 방울의 질량 = ⓔ5.2 TIMES 10 ^{-6} g(스테아린산 용액은 100mL 헥산에 0.02g의 스테아린산을 녹여 만들었다. 따라서 이 용액의 1방울 내에 있는 스테아린산의 질량은 비례식을 사용해 구한다.)부피(V)= {질량(w)} over {밀도( rho )} = {E} over {스테아린산의`밀도}ⓑ 스테아린산 한 방울의 부피 = ⓕ5.5 TIMES 10 ^{-6} ml(스테아린산의 밀도 = 0.941g/cm ^{3} = 0.941g/ml)두께=G= {부피(V)} over {넓이} = {F} over {D}ⓒ 단층막의 두께 = ⓖ3.4TIMES10 ^{ -7} cm4) 탄소 원자의 크기 & 부피스테아린산 구조상 C가 18개 연결되어있기에,H= {G} over {18}ⓐ 단층막의 두께로부터 계산한 탄소의 크기 (탄소 원자 1개의 직경)= ⓗ1.9 TIMES 10 ^{-8} cmⓑ 탄소 원자가 정육면체라 가정할 때의 부피 (cm ^{3} -> ml) = ⓘ6.7 TIMES 10 ^{-24} ml다이아몬드를 기준으로,J= {탄소`1몰의`분자량} over {다이아몬드의`밀도}ⓒ 아보가드로수 계산을 위한 탄소 원자 1몰의 부피 = ⓙ 3.4 ml/mol(다이아몬드의 밀도 = 3.51g/cm ^{3} = 3.51g/ml)5) 아보가드로 수의 계산{탄소원자`1몰의`부피} over {탄소원자`1개의`부피} = {J} over {I}ⓐ 탄소의 몰 부피와 실험에서 얻은 탄소원자의 부피로부터 계산한 아보가드로의 수=5.1 TIMES 10 ^{23} /molⓑ 이론값과 비교* 이론적으로 알려진 아보가드로의 수 =6.02 TIMES 10 ^{23}/mol오차율= {이론값-측정값} over {이론값} TIMES 100(%)* 오차율 계산 = 15 %9. 고찰 :이번 실험은 스테아린산 용액을 증류수 위에 떨어뜨렸을 때 생기는 단층막을 이용하여 아보가드로수를 구하는 실험이었다. 단층 막의 지름은 4.5cm, 시클로헥산 1.00ml에 해당하는 방울 수는 38방울로 구할 수 있었다. 하지만 계산을 통해 구한 아보가드로수의 측정값에는9.2 TIMES 10 ^{22}만큼의 차이, 즉 약 15%의 오차율이 있었는데, 오차에 영향을 줄 수 있는 요인들을 생각해 보았다.첫 번째 요인은 유효숫자이다. 계산을 하면서 유효숫자를 계속 적용했기 때문에 결과에 영향을 줄 수 있다. 만약 유효숫자를 적용하지 않고 실험값 그대로 계속 계산했다면 좀 더 정확한 측정값을 얻을 수 있을 것이라 생각한다. 두 번째 요인은 단층막 직경의 측정값이다. 스포이드로 스테아린산 용액을 떨어뜨렸을 때 완벽한 원형으로 퍼지지 않았기 때문에 정확한 직경을 구하지 못하였고, 이로 인해 단면적을 구할 때에도 오차가 발생하였다. 이는 스테아린산 용액을 떨어뜨리고 충분히 원형으로 퍼질 수 있도록 시간을 가짐으로써 측정값의 오차를 줄이는 데 효과가 있을 것이라 생각한다. 세 번째 요인에는 실험실의 조건이다. 실험을 할 때의 실험실은 온도와 기압이 정확히 0°C, 1기압이 아니었다. 오차를 줄이기 위해서는 0°C, 1기압의 환경을 조성하여 보다 정확한 실험값을 구할 수 있게 해야 한다. 마지막으로는 시클로헥산 방울수 측정의 정확도이다. 시클로헥산 1ml의 방울수를 측정 할 때 사람의 손으로 측정하다보니 매 방울마다 정확히 똑같은 양을 떨어뜨리기가 힘들었다. 이로 인해 방울수에 오차가 생기게 되었고, 계산을 통해 구한 측정값에서 오차가 발견되었다. 이를 해결하기 위해서는 보다 정확한 방울수를 구할 수 있도록 다른 기구를 이용하거나, 더 많은 수의 측정을 통해 측정값의 정확도를 높여야 한다.
