수소이야기

목차

1. 실험목적

2. 이론적 배경

3. 실험의 원리

4. 실험 기구 및 시약 & 실험방법

5. Data & Results

6. Discussion

본문내용

과가 미미하였다.
한가지 짚고 넘어갈 점은, 우리는 이 반응에서 발생하는 기체가 수소란 것을 안다는 전제하에 실험했지만, 발생하는 기포에 성냥불을 갖다대는 과정 등을 추가하여 이를 확인해 보는 것도 필요할 것이다. 물론 이어지는 수소의 폭명성에서 이를 밝혀주어 어느정도의 보정이 된다고 생각한다.
또한 Zn (s) + 2HCl (l) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)와 같은 반응은 에너지를 방출하는 발열반응이므로, 그 온도 변화를 재어 반응을 확인해보는 방법도 가능하리라 본다.
마지막으로 금속의 질량을 확인해 보는 과정이 없어서 아쉬웠는데, HCl과 3가지 metal의 정확한 질량의 측정이 이뤄진다면 분자량을 통한 몰 수 계산과 정량적 분석도 가능할 것이다.
2) 수소의 폭명성
이 실험은 수소를 잘 모으기 위해 3번을 시도했다. 첫 번째와 두 번째 시도에서는 원하는 만큼의 수소가 모아지지 않았는데, 이는 플라스크 가지와 풍선의 접촉부를 완전히 봉쇄하지 못하여 기체가 빠져나갔던 것이었다. 세 번째 시도 때는 완전한 봉쇄를 위해 테프론 테잎과 파라필름을 여러번 사용해서 수소 기체가 많이 모아졌다.
모아진 수소 풍선으로 인한 폭발음은 대조군으로 사용한 입으로 분 풍선의 음에 비해 월등히 컸고, 반응이 일어난 후 풍선을 뒤집어 확인한 결과 물(H2O)을 확인할 수 있었다. 때문에 수소와 산소의 반응 ( 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) )을 생각해 볼 수 있었다. 공기중에는 수소가 적은 비율로 들어있으나, Zn과 HCl의 반응으로 모아진 수소기체는 그 밀도가 매우 높아서 잘 반응했던 것이다.
그러나 이렇게 수소기체를 많은 밀도로 모으는 것은 가능해도 이를 순수하게 만드는 것은 플라스크 내부를 진공상태로 만든 다음에 라야 가능하다는 것을 알아야 할 것이다. 우리가 반응시킨 풍선에는 수소기체가 '높은' 비율로 들어있는 것이지 수소기체'만' 들어 있는 것은 분명 아니었다. 기회가 된다면 순수한 수소가 반응하는 모습을 관찰해 보고 싶다. 이번 실험에서보다 훨씬 더 큰 폭발음과 불꽃을 볼 수 있을 것이라 기대한다.
3) 수소의 선스펙트럼
수소 선 스펙트럼의 이론값은 위의 그림과 같이 [보라: 364.6 , 남색: 410.2, 하늘: 434.1, 초록: 486.1, 빨강:656.3 nm ] 이다. 회절발 필름을 통해 측정한 값은 유효숫자 2자리로써, 보다 정밀한 관측은 기기의 눈금과 육안의 한계상 불가능했다.
또한 외부 빛을 완전히 차단하지 않은 상태에서는, 외부의 빛이 간섭을 일으켜 수소의 선스펙트럼 외의 색도 종종 보이곤 했다. 불을 끈 상태에서의 관찰이 비록 눈금 읽기에는 힘들지만 스펙트럼 자체는 선명히 나타났다.
정확한 관측이 쉽지 않던 이유 중의 하나로 필름을 잡고있는 손을 고정하기 힘든 점이 있었다. 방전관 정면에서 위치를 잡고 나면 고정할 수 있는 장치를 마련해 두는 것도 관측을 좀 더 용이하게 하는데 도움이 될 것이다.
특이한 것은 에너지 상태 사이의 간격이 에너지가 높아질수록 점차적으로 좁아진다. 따라서 선 스펙트럼의 간격도 일정한 규칙성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 파장이 짧은 쪽으로 선 스펙트럼이 모여 있음을 관찰할 수 있었다.
추가 실험으로 관찰해 본 헬륨은 수소의 스펙트럼과 선의 수, 위치가 모두 달랐으며, 관찰 결과가 이론값과 많이 달랐다. 원자가 에너지를 흡수, 방출하는 것은 전자의 에너지 상태에 달려있는데, 이는 각 원자 고유의 성질이기 때문에 각각의 원자의 스펙트럼이 모두 다르다. 또한 전자가 1개인 수소와 달리, 다전자 원자에서는 그 스펙트럼 관찰이 수소처럼 쉽지 않은 것 같다. 이론적인 He의 스펙트럼 위치는 447.1 , 468.6, 471.3, 492.6, 501.6, 587.6, 667.8, 706.5, 728.6 nm 이다.
이 실험은 비록 그 수치적 차이는 있지만, 뚜렷한 선들은 나타났고, 이론적 파장의 근처라는 것도 알 수 있었다. 좀 더 정밀한 실험환경에서의 관찰에 아쉬움이 남는다.
7. Refrerence
·Oxtoby, 2000, Principles of Modern Chemistry, 4th, Saunders College Publishing, pp 601~634
·Moore, 2002, Chemistry: The Molecular Science, 1st, Thomson learning, pp 266~285
·김희준, 1998, 자연과학개론, 1st, 自由아카데미, pp6~8, 97~105

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