[화학실험] 기체의 유출 분자량 및 분자지름 측정 실험 (예비+결과레포트)

소개글

[화학실험] 기체의 유출 분자량 및 분자지름 측정 실험 (예비+결과레포트)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Title
2. Date
3. Purpose
4. Principle
5. Apparatus & Reagents
6. Procedure
7. Result
8. Observation
9. Discussion
10. Reference

본문내용

LiI에서 처럼 음이온이 서로 접촉하지 않으면 안 된다고 제시하였다. 이 경우 r_는 인접한 음이온 간의 거리의 정확히 절반이다. 예로써 LiI에서 I-I간의 거리는 427.8pm이므로 I-의 반지름은 427.8/2=213.9pm로 계산된다. 만약 양이온이 음이온과 접촉하고 있다고 가정하면 Li-I간의 실험에서 측정된 거리가 302.5pm이므로 rLi+는 302.5-213.9=88.6pm이다.
다른 할로겐 이온의 반지름은 이미 알려진 Li+-X-거리와 리튬이온의 길이로부터 얻어낼 수 있다. 그러나 불행히도 조금 더 정확하다고 판단되는 최근의 방법에 의하여 얻어진 값과 일치하지 않는다.
Pauling에 의하여 다른 방법이 개발되었는데 이는 등전자 이온쌍인 Na+/F-, K+/Cl-의 데이터를 기초로 하여 얻어진다. Pauling의 방법의 기본적인 가정을 보면 이온의 반지름은 최외각 전자가 느끼는 유효핵전하와 반비례한다는 것이다. 즉 등전자 이온에 대하여 다음과 같이 표시된다.
Z* r+/_ = k
Na+와 F-가 같은 수의 전자를 갖고 있기 때문에 이들은 같은 k값을 갖는다. 그러면 이미 알려진 플루오르화나트륨에서의 Na+-F-길이와 이온들의 유효핵전하 값을 이용하여 두 미지수에 대한 2개의 식을 얻는다.
rNa+ + rF- = 230.7pm
6.48rNa+ = 4.48rF-
위의 두 식으로부터 계산된 및 이온의 반지름은 각각 94.3pm와 136.4pm이다. 등전자 이온쌍인 K+/Cl-, Rb+/Br-, Cs+/I-에 대해서도 같은 방법으로 계산된다.
이 일가이온 반지름은 많이 발표되었고 사용되어 왔으나, 때때로 실험에 의한 결합길이가 예측된 값으로부터 상당히 벗어나기 때문에 완전히 만족스럽지는 않다. 예를 들어 요오드화 리튬에 대한 예측된 핵간의 거리는 60+216=276pm이나 실험값은 약 9%의 차이가 나는 302.5pm이다. Pauling은 또한 천하가 ±1 보다 큰 이온의 경우는 불합리한 값을 주는 것을 알아냈다. 이로부터 Pauling은 이온의 반지름을 다음 식으로부터 계산하는 결정 반지름을 개발해낸다.
여기서 Z는 이온의 전하이고 n은 Born의 지수이다.
이온의 반지름은 때때로 고선명 X-선 회절법을 이용해 실험적으로 얻는다. 전자밀도의 등고선 지도는 이온의 전자구름이 어디에서 끝나는가 즉 활률전자밀도가 최소가 되는 곳과 핵의 위치를 확인할 수 있다.
결정 속의 이온은 LiF에 대한 전자밀도 지도에서 처럼 이온은 완전하게 구의 모양이 아닐수도 있다. 공유결합 반지름이 결합차수와 전기음성도의 차에 따라 변하는 것처럼 이온 반지름도 속해 있는 환경에 따라 변하는 것이다. 배위수 또한 이온 반지름에 영향을 준다. 배위수가 증가함에 따라 거리도 증가한다.
가장 유용하고 일반적인 이온 반지름의 값은 X-선 회절에 기초를 두어 얻은 Shannon의 값이다.
5) 원자와 이온의 크기(size of atom and ion)
원자나 이온이 차지하는 부피는 그것의 환경, 특히 화학결합에 달려 있다는 것은 잘 알려져 있다.
주기율표의 크기 경향에 대하여 몇 가지 사항을 일반화시켜 볼 수 있다.
주기의 오른쪽으로 갈수록 크기가 줄어드는 경향이 있는데 이는 완벽하지 못한 가려막기 때문이다.
같은 족에서 밑으로 갈수록 껍질이 첨가되어지기 때문에 크기는 증가한다.
핵전하가 같을 경우에, 전자의 개수고 증가할수록 크기도 커진다.
전자의 수가 같은 경우에는 핵전하가 증가할수록 크기는 작아진다.
전이금속 계열 바로 다음에 오는 원소는 기대치보다 훨씬 작아진다. 이와 비슷한 효과로 잘 알려진 것이 란탄수축이다.
6) 확산 (diffusion)
어떤 물질 속에 이종의 물질이 점차 섞여 들어가는 현상. 컵의 물에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 시간이 지남에 따라 잉크가 물 속으로 퍼져 전체가 균일하게 섞이는 것은 그 예의 하나이다. 마찬가지 현상은 기체와 기체 사이에서도 볼 수 있고, 때로는 기체와 고체,액체와 고체 사이에서도 일어난다. 또 같은 종류의 기체나 액체에서도 부분적으로 밀도의 차이가 있으면 자연적으로 이 현상이 일어나서 전체의 밀도가 균일하게 된다. 광대한 대기나 해수의 어디를 취해도 거의 일정한 조성을 가지는 것은 확산에 의하여 성분이 균일하게 섞인 결과이다.
이질인 물질 사이에 확산이 저절로 일어나는 것은 물질분자가 끊임없이 운동하고 있기 때문이며, 그 모양은 열이 고온부에서 저온부로 이동하여, 드디어는 전체 온도가 균일하게 되는 것과 비슷하다. 다만 열의 이동에 지속이 있는 것처럼 확산의 크기도 종류에 따라 차가 있고, 분자운동이 활발한 기체는 액체보다도 확산속도가 크다. 또 기체나 액체의 확산속도는 물질의 그 밀도( 분자량)의 제곱근에 반비례한다는 법칙이 알려져 있다. 이것을 그레이엄의 법칙(Graham's law)이라고 한다.
※ 물질의 확산 속도
(1) 진공, 공기 및 액체 속에서의 확산 속도 : 입자들이 액체나 기체 중에서 확산될 때에는 공기나 액체를 이루는 분자들과 충돌이 일어나므로 확산되는 데 방해를 받게 된다. 그러므로 확산 속도가 진공 중에서 확산될 때보다 훨씬 느리다.
∴ 확산 속도 : 진공에서 >공기 중에서 >액체 중에서
(2) 물질의 상태에 따른 확산 속도 : 기체 분자들은 액체나 고체에 비하여 운동 속도가 빠르고 자유롭게 운동할 수 있기 때문에 확산 속도가 빠르다.
∴ 확산 속도 : 기체 >액체 >고체
(3) 입자의 질량과 확산 속도: 입자의 질량이 작고 가벼울수록 확산 속도가 빠르다.
(4) 온도와 확산 속도: 같은 물질의 입자인 경우에도 온도가 높을수록 확산 속도가 빠르다
10. Reference
화학대사전 / 박 용 / 도서출판 세화 / 2001. 5. 20
www.naver.com 지식대백과 사전(확산)
이화학사전 제 5판 / 김조목 / 대광서림 / 2001. 4. 3
무기화학/ 노동윤 외/ 자유아카데미/ 1997
물리화학실험 / H.C.Crockford 외 / 탐구당 / 1997.1.25
http://125.250.113.3/%B0%FA%C7%D0%C0%CC%BE%DF%B1%E2/che-1-1.htm

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