화학실험 보고서 - 아보가드로 수의 결정(예비, 결과리포트)

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화학실험 보고서 - 아보가드로 수의 결정(예비, 결과리포트)

화학실험 보고서 - 아보가드로 수의 결정(예비, 결과리포트)

아보가드로 수의 결정
1. 실험 목적
(1) 물 위에 생기는 기름막을 이용해서 몰(㏖)을 정의하는데 필요한 아보가드로 수를 결정한다.
(2) 헥산과 스테아르산의 1㎖당 방울수를 측정해, 화학에서 자주 다루는 ㏖에 대해 자세히 알아본다.
(3) 스테아르산은 물 표면에 퍼지면서 단막층을 형성하는데, 이 성질을 이용하면 탄소 1몰에 들어 있는 원자 수와 탄소 원자 1개가 얼마나 큰 가를 예상할 수 있다. 즉, 이 실험을 통해 아보가드로 수를 실험적으로 구할 수 있다.
(4) 친수성과 소수성을 모두 갖는 스테아르산이 물 표면에서 퍼지면서 단분자막을 형성하는 성질과 다이아몬드의 밀도를 이용해서 몰(㏖)을 정의하는데 필요한 아보가드로수를 결정한다.

2. 실험 원리 및 이론
(1) 화학에서 원자나 분자의 수는 어떻게 셀 수 있나?
분자의 실제 크기를 측정하고 이를 이용하여 1몰에 존재하는 분자의 수를 결정하여 아보가드로 수를 확인하고자 한다. 실험에서 스테아르산 분자의 길이를 측정하게 되는데 이 물질은 비누와 같은 화합물이다. 스테아르산 분자의 한 쪽 끝은 친수성을 갖는 카르복실기를 가지고 있으며 다른 쪽 끝은 비극성인 탄화수소 사슬로 이루어진 기름분자를 가지고 있다. 따라서 거의 녹지 않는다. 이런 형태를 가진 화합물이 물과 접촉해 물의 표면에 펴지게되면서 그 결과 표면에 스테아르산 층이 한 분자 두께로 형성되어 배열될 것이다. 스테아르산 분자의 카르복실기의 끝은 물을 향해 배열되고 탄화수소 끝은 물 표면으로부터 멀리 배열하게 된다 이때 일어난 필름의 두께는 대략적인 분자의 길이와 같다 따라서 이 두께로부터 분자의 크기를 알게되면 아보가드로의 수를 계산할 수 있다.

(2) 아보가드로수
화학에서 원자나 분자는 매우 작은 입자이기 때문에 하나의 질량을 직접 측정하는 것은 매우 어렵다. 따라서 원자나 분자를 일정수로 묶어서 측정하고 그 묶음을 1몰(mole)1)이라고 약속하면 해결가능하다. 탄소 12g에는 탄소원자가 6.02×개가 있고 이를 1묶음, 즉 1몰이라고 정의하면 다른 분자들도 이 수만큼의 질량을 결정할 수 있다. 이렇게 기체에 관한 아보가드로의 법칙으로부터 결정되었고, 분자뿐만 아니라 이온·원자 등으로 되어 있는 모든 물질(고체 및 액체도 포함)에 대해 적용할 수 있다는 사실이 알려졌다. 아보가드로수는 보통 으로 표시하며 첨자 A는 아보가드로(Avogadro)의 첫 글자를 따온 것이며 이 수를 아보가드로수(Avogadro`s number, 〓6.022×)라고 한다. 이것은 마치 연필 12개를 1다스라고 부르는 것과 마찬가지이다. 다만 원자나 분자는 그 크기와 질량이 매우 작기 때문에 아보가드로수가 대단히 크게 느껴질 뿐이며 이 수만큼 묶어 놓은 원자량이나 분자량은 아주 유용하게 사용 된다.
이 값은 1865년 오스트리아의 로슈미트가 처음으로 결정했으며, 한때 아보가드로수를 로슈미트수라고 한 일도 있다. 그러나 지금은 국제적으로 아보가드로수라 하고, 표준상태 1㏖의 기체 속에 존재하는 분자의 수를 22400으로 나눈 N/22400을 로슈미트수라 하여 구별하고 있다.
다음 정보를 이용하면 실험을 통해 아보가드로수를 확인할 수 있다. 아보가드로수는 탄소 원자 1몰이 차지하는 부피()와 탄소 원자 하나가 차지하는 부피()를 알면 다음 식을 이용해서 얻을 수 있다.

예를 들면 물(H2O)는 전자를 잘 잡아당기는 산소 한 개에 두 개의 수소가 104.5의 각도를 이루며 결합되어 있어서 전기쌍극자의 성질을 갖고 있는 극성 분자이다. 액체 상태에서 물 분자의 이런 극성은 전하를 가진 양이온과 음이온은 물론이고 다른 극성 분자를 안정화시켜서 잘 녹게 만들어준다. 소금(NaCl)이 물에 잘 녹는 것도 바로 물의 이런 특성 때문이다. 그러나 전기쌍극자의 성질을 갖지 않는 벤젠이나 헥산과 같은 무극성 분자들은 물과 잘 섞이지 않는다.
아보가드로수를 얻는 방법은 라듐의 α붕괴에 의한 헬륨 생성량을 측정하여 구하는 방법, 밀리컨의 기름방울실험을 이용한 기본전하량(基本電荷量)의 결정 및 전기분해로부터 얻은 패


자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11033801&sid=leesk55&key=



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