표면 장력에 대한 실험 내용과 이에 대한 응용 방안

목차

초 록

실험 목적

이론적 배경

실험 목적

기구/시약

실험방법

실험결과

분석/정리

결론도출

실제예

응용분야

관련문제

참고문헌

본문내용

쪽에 작용하는 장력에 의해 표시된다. 그 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이지만, 온도에 따라서도 변한다. 예를 들면 수은의 표면장력은 487mN/m(15℃), 물은 72.75mN/m(20℃), 알코올은 22.3mN/m(20℃)로 물질에 따라 상당한 차가 있으며, 그 값은 온도가 올라감에 따라 감소한다. 또 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면, 그 액체의 표면장력을 감소시키는 작용이 있다. 물에 대한 비누 등은 그 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 표면활성물질(表面活性物質)이라고 한다.
즉, 아주 미묘한 불순물에 의해서도 표면장력은 영향을 받게 되어있는데 화학실험실에서 사용되는 각종 시약들이 100%완벽한 순도를 가진 시약일 수 없기 때문에 이와 같은 오차가 생겼을 것이라고 생각할 수 있다. 실험 시, 시약을 담은 비커가 아무 물질도 묻어 있지 않은 즉, 불순물이 하나도 포함되지 않은 상태였다고 보기 힘들 정도로 청결상태가 양호하지 못하였던 점, 여러 시약의 온도를 재는데 하나의 온도계가 사용되었기 때문에 온도계가 투입되는 과정에서 약간의 불순물이 첨가될 수 있었다는 점 등을 고려해볼 때 실험 시 사용된 시약의 순도가 완벽히 100%를 띈다고 보기 힘들다고 생각된다. 고로 미묘한 불순물에 의해 영향을 받는 표면장력 역시 이에 영향을 받아 잘못된 값이 측정될 가능성이 있다.
4. 일정하고 정확하지 못한 온도의 유지
이 실험은 결과가 온도라는 변수에 의해 영향을 받는 실험이기 때문에 온도를 정확하게 유지시켜 주는 것이 중요하다. 물론 이번 실험에서는 추상적으로 온도가 높은 상태, 낮은 상태를 임의적으로 구분을 해서 측정하였기 때문에 미묘한 온도의 변화가 있다고 하더라도 결과에 큰 영향을 미치지는 않는다. 즉, 17℃와 40℃의 온도에서 결과를 잰 것이 꼭 이 온도에서 측정을 해야 하기 때문에 이 온도에서 측정한 것이 아니라, 단순히 온도의 높낮이에 의한 표면장력의 변화 양상이 어떻게 이루어지는지를 측정하기 위해 높은 온도와 낮은 온도를 임의적으로 정한 것이므로 이 값은 그다지 세밀하게 작용하지 않는다는 것이다. 그러나 만약에 이 실험이 어떠한 특정 온도에서의 표면장력을 측정하는 실험이라면 이야기는 달라지게 된다. 이번 실험은 이러한 정확한 온도를 요구하지 않는 실험이었기 때문에 항온조를 사용하지 않고 물을 이용하여 시약을 중탕한 뒤, 실험실 온도에 완전히 노출된 상태의 비커에 담긴 시약의 표면장력을 재었으므로, 완벽한 40℃의 시약을 사용하였다고 보긴 힘들다. 물론 위에서 말했다시피 이번 실험은 미시적인 온도변화를 정확하게 측정하는 것이 요구되는 실험이 아니므로 온도의 완벽한 조절과 유지는 실험의 오차 요인이라기보다는 더 정확한 실험을 수행하기 위한 방안정도로 해석할 수가 있을 것이다.
결론 도출
결과적으로 이번 실험은 정확한 데이터를 추산한다는 개념이 아닌 단순히 표면장력의 변화 양상을 눈으로 확인하고, 이를 어디에 적용할 수 있을 것인지를 알아보기 위한 일종의 기초 발돋움 실험이라고 볼 수 있겠다. 즉, 이 실험데이터를 직접적으로 사용한다고 생각하는 것이 아니라 온도에 따라 각 물질들이 어떠한 변화를 가지는지에 대한 전체적 현상을 관찰하고, 각 물질들이 가진 표면장력의 크기가 어느 수준인지를 파악함에 따라 이를 이용한 각종 응용 과정을 따라 이에 상응하는 제품을 만들어 낼 수 있다. 물론 이러한 현상을 이용한 제품을 만들 때에는 좀 더 정확한 실험을 통해 보다 신뢰성이 있는 실험 결과를 얻어야 할 것이다.
실험 결과를 보게 되면, 전체적 이론과 다른 물체들의 결과와는 달리 벤젠의 경우는 온도가 증가함에 따라 오히려 표면장력이 증가하는 현상이 나타나게 되었는데, 이는 전체적인 흐름만 고려하더라도 분명히 잘못된 결과 값이라는 것을 알 수 있다. 때문에 표면장력이라는 단순한 실험이라고 해서 실험과정을 투박하고 단순하게 진행하려하기 보다는 위에서 나열한 오차 요인들을 제거한 상태에서 정확하고 신뢰성이 있는 실험을 진행해야 할 것으로 보인다.
실제 예
1. 소금쟁이는 물의 응집력과 다리 털 사이에 붙어있는 기름과의 부착력으로 물 위를 걸어다닐 수 있다.
2. 액체는 표면장력에 의해 그 표면이 공기와 맞닿는 면적을 최소화하려고 한다. 따라서 액체는 가장 작은 구형을 이루게 된다.
3. 물 수제비 또한 물의 표면장력 즉, 물 분자간의 인력이 강해서 물의 표면과 비슷한 각도로 돌을 던졌을 때 물을 뚫지 못하고 튕겨져 나가는 현상을 이용한 것이다.
응용 분야
1. 세안할 때의 비누
비누가 물에 녹으면 작은 입자로 나눠지는데 이 작은 비누 입자가 먼지가 묻어 있는 손의 표면을 공격하게 된다. 이 작은 비누 입자는 손바닥과 먼지 사이의 표면으로 들어간 후 손바닥과 먼지 사이의 표면장력을 감소시킨다. 여기서 표면장력을 감소시킨다는 의미는 손과 먼지와의 접촉하는 면적을 감소시킨다고 생각할 수 있다. 이후 먼지와 손바닥과의 접촉 면적이 줄어들다가 없어지게 되면 비로소 먼지가 손바닥으로부터 떨어지게 되는 것이다.
2. 물기를 말린 후 옷을 입는 이유
마른 장갑이나 양말은 실이 느슨하게 짜여 있어 손이나 발에 대한 부착력이 아주 작기 때문에 쉽게 벗겨진다. 그러나 젖은 장갑이나 양말은 물의 표면장력에 의해 실이 빳빳해지고 또한 장갑이나 양말을 손이나 발에 다 부착력을 가지고 있는 물이 장갑이나 양말을 손이나 발에 풀처럼 딱 들러붙게 하기 때문에 쉽게 벗겨지지 않는 것이다. 또한 발을 금방 씻은 후에는 우리 눈에 보이지 않는 작은 물방울들이 들러붙어 있어 이런 물방울들이 양말을 끌어당기기 때문에 양말이 잘 신겨지지 않는 것이다.
관련 문제
표면 장력이 20.58 dyne/cm인 물체에 거의 0도와 가까운 적심각으로 반지름이 0.5mm인 모세관을 투입할 때, 오름 높이는 1.2cm이였다.
이 물체의 밀도는 몇이라고 볼 수 있는가?
참고 문헌
1. 화학공학실험(化學工學實驗 - 삼광출판사) - P.75 ～ P.77
2. 學園世界大百科事典 - 學園出版公社 / 권의혁 저 / 1993년 / (1 ～ 32 전 권)
3. Chemical Network Site - http://chem-net.co.kr

키워드

표면,   장력,   실험,   결과