일반화학실험 - 아보가드로 수의 결정

소개글

일반화학실험 - 아보가드로 수의 결정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

아보가드로 수의 결정

1. 실험 목적
2. 실험 원리 및 이론
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험방법
5. 주의 사항
6. 실험 결과
7. 토의 사항
8. 참고 자료
9. 참고 문헌

본문내용

서 얻어지는 고형지방산으로서 식품개량제의 구성성분, 윤활제, 소포제, 껌기초제, 포도주의 청징제 등으로 사용된다. 백-엷은 황색의 결정성 덩어리 또는 분말로서, 약간 특이한 냄새가 나고 짐승기름과 유사한 맛이 있다. 화학식은 C18H36O2 이다. 스테아르산은 지방에서 얻어지는 고형지방산으로서 스테아르산(C18H36O2) 및 팔미트산(C18H32O2)등의 고체지방산들의 혼합물로 이루어져 있으며, 그 주성분은 스테아르산(C18H36O2)이다. 스테아르산은 물에 녹지 않고, 1g은 알코올 20㎖, 클로로포름 2㎖, 에테르 3㎖에 녹는다. 산가는 196~211이고, 응고점은 54.5~69.0 이다. 1일허용섭취량(ADI)은 제한적이지 않다. 랫트에 정맥주사시 LD50(엘디50)은 23.3~19.7㎎/㎏이다. 다른 식품개량제의 구성성분, 윤활제, 소포제, 껌기초제, 포도주의 청징제 등으로 사용된다. 저장 시 밀폐 용기에 보관한다.
(8) 카르복실(시)기
카르복실기(Carboxyl group)는 탄소, 산소, 수소로 이루어진 작용기의 하나로, -COOH 또는 -CO2H 로 표시된다. 카르복실기는 아미노산이나 카복실산에 존재한다. 카르복실기의 구조는 우측의 그림에서 처럼 중심의 탄소 원자에 하나의 산소 원자가 이중 결합으로 연결되어 있고, 하나의 하이드록시기가 단일 결합으로 연결되어 있다. 분자식에 비추어보면, 카르복실기는 -C=O- 의 형태의 카르보닐기에 하이드록시기가 붙어있는 형태이다. 카르복실기는 중심 탄소 원자에 하나의 최외각 전자를 지니고 있기 때문에, 보다 큰 분자와 결합할 수 있다. 하지만, 기본적으로 3 개의 결합을 필요로하는 카르복실기는 탄소 사슬의 끝부분에만 위치할 수 있다. 카르복실기는 아세테이트가 수소 이온을 방출해서 아세트산이 되는 것처럼 수소 이온(H+)을 내놓아 산으로 작용할 수 있다.
(9) 상수 값을 이용한 실험값 계산
스테아르산의 밀도 : 0.92g/㎖, 한 방울의 부피 : 0.0343㎖
용액의 몰농도 : 8.014 × 103㏖/L
전체 무게(W) = 방울 수(N) × 한 방울의 부피() × 용액의 몰농도(m)× 스테아르산의 분자량(M)
= 접시의 넓이(S) × 단분자의 길이(l) × 스테아르산의 밀도()
이걸, 단분자의 길이(l)에 관해서 정리하면 이라는 식이 나온다.
그 다음, 단분자를 정육면체라 두고 부피를 구하면 단분자의 부피() =
생각해 보면 분자량은 다음 공식을 만족한다.
스테아르산의 분자량(M) = 단분자의 부피() × 아보가드로 수() × 스테아르산의 밀도()
= × × =
이제 아보가드로 수에 대해 식을 정리하면
이 식에 실험으로 구한 값을 대입하면(개수/㏖)된다.
(10) 원자량의 기준과 아보가드로수
현재 원자량은 12C=12를 기준으로 정해져 있으나. 만약 원자량의 기준을 바꾸면 그에 따라 아보가드로수도 변하게 된다. 예를 들어, 원자량의 기준을 16O = 100으로 바꾸면 12C의 원자량은 가 되므로 12C원자 75g에 들어있는 탄소의 원자수가 아보가드로수가 된다.
따라서 아보가드로수는 가 된다.
(11) 아보가드로수를 구하는 방법
원자 한 개의 질량은 아주 작아서 그 값을 직접 구할 수 없다. 실제로는 여러 가지 방법으로 아보가드로수를 구해서 그 값으로 원자 한 개의 질량을 계산해 낸다, 아보가드로수를 가장 정밀하게 측정하는 방법은 X선 회절을 이용한 측정 방법이다. 다이아몬드 중의 탄소 원자의 배열은 X선 회절법에 의해 조사되었다. 이때 탄소 원자 간의 거리는 0.154㎚이며, 이 단위 격자의 한 변의 길이는 0.357㎚이다. 입방체 중에는 8개의 탄소 원자가 포함되어 있다. 따라서 1개의 탄소 원자가 차지하고 있는 공간의 부피는 다음과 같이 된다.
(3.567×10-8㎝)3÷8개 ＝ 5.673×10-24㎤/개 탄소 1몰의 질량은 12.011g이고, 다이아몬드의 밀도가 3.516g/㎤이므로, 아보가드로수는 다음과 같이 구한다.
12.011 ÷ 3.516 ÷ (5.673×10-24) ＝ 6.022 × 1023개/㏖
1) 라듐의 α붕괴에 의한 헬륨 생성량을 측정하여 구하는 방법
라듐의 알파입자(헬륨의 이온)의 방출속도 n과, 일정시간 t초에 얻는 헬륨의 생성량 m(g) 사이에서 구한다.
식은 m = Mnt / NA 가 된다. (M은 헬륨의 원자량)
2) 밀리컨의 기름방울 실험을 이용한 기본전하량(基本電荷量)의 결정 및 전기분해로부터 얻은 패러데이상수를 함께 써서 구하는 방법
대전(대전)된 기름방울의 미량입자를 낙하시켜 그 속도에서 전기소량 e를 구하고 (밀리컨의 기름방울 실험), 이것과 패러데이 상수 F의 관계에서 구한다. 식은 F=e NA가 된다.
3) 결정(예컨대, 다이아몬드)의 단위격자를 X선 회절법을 사용하여 정확히 결정한 다음, 그 속의 원자수를 구하는 방법
X선 회절을 이용하여 단결정의 단위격자의 격자상수를 결정하고 그 격자 내에 포함되는 원자 또는 분자수에서 구한다. 결정의 밀도, 원자량 및 단위격자의 길이로부터 아보가드로 상수NA를 계산할 수 있다. X선이 반사된 각도로부터 Bragg식을 사용하여 단위격자의 크기를 계산할 수 있다. 단위격자 부피와 결정의 밀도 사이에는 단순한 관계가 있다. 단위격자에 들어있는 질량은 n M/NA 이며, 여기서 n은 몰질량이 M인 분자들이 단위격자내에 들어있는 수이다. 따라서 완전한 결정에 대한 밀도는 다음과 같다. 밀도= nM / NAV(V는 단위격자의 부피이다.)
9. 참고 문헌
(1) 일반화학, Oxtoby Freeman Block, 청문각, 1998, p17~19, 28~31
(2) 일반화학, Clyde R. Dillard·David E. Goldberg, 광림사, 1993, p30~34『반응, 구조 및 성질』
(3) 대학화학실험법
(4) 일반화학 8th Ed., Raymond Chang
(5) 표준일반화학실험 제6판, 대한화학회, 천문각, 2010, p52~57
(6) 일반화학 제1판, John W.Hill K Ralph H Pentracci, 자유아카데미, 1999, p424~425
(7) 생활속의 화학, 조성희 외 3인, 형성출판사, 2001, p81~83

키워드

아보가드로수,   실험 결과,   탄소 원자,   탄화수소,   아보가드로수의 측정,   스테아르산 용액,   피펫,   탄화수소화합물,   아보가드로 수의 결정