표면 장력

소개글

표면 장력에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

Wilhelmy측정법, 접촉각계법이 있다. 우리는 이번 실험에서 모세관법, Du Nouy측정법을 사용하여 표면장력을 측정했으므로 Wilhelmy측정법, 접촉각계법이 무엇인지 알고 싶어졌다. 우선, Wilhelmy Plate 방식으로 표면장력을 측정하기 위해서는 Platinum 으로 만들어진 직사각형 모양의 plate 사용한다. 이는 접액되는 부분이 바로 수면과 일치하므로 보정을 할 필요가 없고 또 Ring method 와 달리 표면장력의 증감에 따른 변화된 값을 표면을 변화시키지 않고 지속적으로 측정할 수 있다.
③ 표면장력의 생성원인 : 액체는 용기 모양에 따라 그 모습이 달라지는 특징이 있다. 그런데 액체내의 분자들은 위치에 따라 분자들이 갖는 에너지 혹은 환경이 다르다. 즉 액체 내부에 있는 분자들의 에너지와 액체 표면으로 노출되어 기체 혹은 고체와 접촉하는 분자들의 에너지는 다르다는 것이다. 즉 표면에 노출된 물 분자들은 물 내부에서 끌어 당겨 발생되는 액체가 압축되려는 힘과 그것에 저항하여 더 이상 압축이 안 되려는 힘이 균형을 이룰 때 안정이 이루어진다. 그러므로 표면에 노출된 물 분자들은 액체 내부에 있는 다른 물 분자들에 비해서 상대적으로 덜 안정되어 있다. 따라서 물방울은 공기와 접촉된 물 울 표면에 가급적이면 물 분자를 최소로 노출시켜야 최대로 안정한 상태를 유지할 수 있다. 동일한 부피의 액체이면서 표면적이 최소로 되는 기하학 구조는 구이다. 따라서 물방울이 구 모양을 유지하는 것은 기체와 접촉되는 물 분자의 수를 최소로 하려는 자연스런 결과인 셈이다.
④ 메니스커스 (Meniscus) : 모세관 안의 액체 표면은 계면장력에 의해 관 벽을 따라 주위가 중앙에 비해 올라가든지 내려가든지하여 일종의 곡면을 형성하는데 이 상태를 메니스커스라고 한다. 액체가 관을 적실 때는 메니스커스는 수평면에 대해 오목하며, 적시지 않을 때는 볼록하게 된다. 메스실린더 등의 표선은 메니스커스의 최 상부(액이 유리를 적시지 않을 때) 또는 최 하부(액이 유리를 적실 때)로 읽는다.
⑤ 계면활성제 : 표면장력은 계면장력이라고도 하는데, 이 표면장력을 약하게 만드는 물질이 계면활성제이다. 우리가 일반적으로 비누로 사용하는 이 계면활성제란 묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 물질이다. 보통 1분자 속에 친유기와 친수기가 함께 들어있는 양쪽 친매성인 물질은 계면활성제가 될 수 있다. 비누는 그 대표적인 것으로 비눗물의 표면장력은 물에 비하여 훨씬 작다. 이것은 비누가 물의 표면에 모여 표면을 되도록 넓게 하려는 성질 때문이다.
2) 오차의 원인
① 에탄올의 휘발성 : 이번 실험에서 사용한 에탄올은 휘발성이 강한 물질이기 때문에 실험 중에 시약이 증발하여 농도의 차이가 생겨 오차를 발생시킬 수 있다.
② 온도 : 이번 실험은 온도가 20℃라고 가정을 하고 실험을 하였다. 또한 실험을 하면서 온도가 변화할 수 있기 때문에 밀도가 변화되었을 수 있고 즉, 표면장력이 변화되었을 수 있다. 표면장력은 온도가 상승함에 다라 감소하며 온도에 따른 변화는 매우 크므로 오차의 원인이 되었을 것이다.
③ 모세관 : 모세관 안에 올라온 액체의 높이를 측정할 때, 모세관은 매우 가늘어 액체의 높이를 측정하기 어려웠다. 게다가 메니스커스를 눈으로 측정하고 cm단위로 나타내기엔 오차가 크다.
④ 백금 링의 흔들림과 비 수평 : 장력계법에 대한 실험을 할 때 백금 링을 사용했는데, 백금 링이 수평을 이루도록 맞추기 어려웠기 때문에 액체의 표면에 일정하게 닿지 않았다. 액체에 닿는 정확한 순간에 실험을 진행하기 어려워서 오차가 발생했을 것이다.
⑤ 모세관법의 가정 : 모세관법에 의해 표면장력을 구하는 식은 아래와 같다.
모세관을 수직으로 사용한다고 가정하고 의 값을 즉, 로 하여 계산했다. 실험을 할 때 모세관을 완벽한 수직으로 하여 실험하기 어려웠고 오차가 발생했을 것이다.
6. Reference
① (Wilhelmy측정법) http://www.surfchem.co.kr/tech/plate.htm
② (표면장력) http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=44&contents_id=32910
③ [네이버 지식백과] 메니스커스 [Meniscus] (도금기술 용어사전, 2000. 6., 도서출판 노드미디어)
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2286184&cid=42419&categoryId=42419

키워드

표면 장력,   물리화학,   표면장력 실험,   표면장력