기체상수 구하기 실험 (결과보고서)

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목차

1. Abstract (요약)
2. Introduction (이론 및 배경)
3. Experimental (준비물 및 실험방법)
1) 준비물
2) 실험방법
4. Results (실험 결과 및 문제)
1) 측정값을 기록하여라.
2) 위의 값을 참고로 하여 기체 상수(atmL/Kmole)를 구하여라 (풀이 과정)
3) 위에서 구한 기체상수 값과 이론값(0.082)이 얼마나 차이 나는가?
5. Question (문제)
1) 실험을 통해 얻은 기체상수의 실제값과 이론값이 차이가 나는 원인에 대하여 설명하라.
2) 시험관에 실온으로 냉각되기 전에 부피를 측정하면 실험 결과에 어떤 영향이 있겠는가?
3) 만일2)에서 실험결과에 영향을 준다면 그 부피를 어떻게 처리하면 실험결과에 영향을 주지 않을 것인가?
4) 돌턴의 분압법칙에 대하여 설명하라.
6. Discussion (토의 및 고찰)
7. Reference (참고문헌)

본문내용

한다. 만일 고무마개가 빠지면 산소기체가 제대로 포집되지 않으므로 부피가 작게나와 기체상수 값이 작게 나오게 된다. 또한 산소기체가 모두 포집되면 시험관을 실온으로 냉각시켜야 한다. 만일 시험관을 냉각시키지 않고 부피를 측정하게 되면 부피가 실제값 보다 크게 나오게 될 것이다. 그리고 1L 시약병 속에는 수증기가 있으므로 산소기체의 압력을 구할 때, 대기압뿐만 아니라 수증기의 압력 또한 고려해 주어야 정확한 결과값을 얻을 수 있다.
실험을 하는 동안 오차가 발생하는데, 오차가 발생하는 원인 중 하나는 질량과 부피를 특정할 때 측정 기구에서 오차가 발생하는 것이다. 또 대기압, 물의 수증기압과 온도를 잘못 측정하는 경우에도 오차가 발생하게 된다. 따라서 오차 범위가 작은 측정 기구를 사용하고 눈금을 정확히 읽는 연습을 해야 한다.
또 다른 오차가 발생하는 원인은 실제로 존재하는 기체는 분자간 인력이 존재하고, 기체분자 자체의 부피가 존재하게 되므로 실제 기체는 이를 무시한 이상기체 상태방정식에 잘 들어맞지 않기 때문이다. 이러한 실제기체에 보다 정확하게 적용될 수 있는 기체 상태방정식 중에 반데르발스방정식이 있다.
실제기체는 분자 자체의 부피가 존재하기 때문에 이상기체 상태방정식으로부터 계산된 부피보다 조금 커지게 되는데 이러한 커지는 부피는 기체의 분자 수가 많아질수록 커지므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
V = nRT/P (이상기체 상태방정식) V = nRT/P +nb (기체의 부피를 보정한 방정식)
(n:기체의 몰수, b:기체의 종류에 따라 달라지는 상수, nb:실제기체의 분자들이 차지하는 부피)
또 실제기테는 분자간의 인력이 작용하므로 분자간 인력이 없을 때 용기의 벽면을 때리는 힘보다 더 약하게 벽면을 때리게 되어 이상기체 상태방정식으로부터 계산된 압력보다 조금 작아지게 된다. 그런데 압력은 벽에 충돌하는 횟수와 충돌하는 힘에 의하여 결정되며, 이러한 힘은 분자의 인력이 커질수록 작아지고, 분자간 인력은 농도에 비례하므로 감소되는 압력은 몰 농도의 제곱에 비례한다.
P = nRT/(V-nb) (부피를 보정한 방정식) P = nRT/(V-nb) - a(n/V)2 (부피와 압력을 보정한 방정식)
(a(n/V)2 : 분자간 인력에 의해 감소된 압력, a : 기체의 종류에 따라 달라지는 상수)
따라서 일반적으로 반 데르 발스 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(P+(an2/V2)) (V-nb) = nRT
이 식에서 a, b는 기체의 종류에 따라 달라지는 상수로 반 데르 발스 상수라고 한다. 실제 기체라도 온도가 높고, 압력이 낮아지면 기체의 부피가 커지고 기체의 밀도가 작아지므로 V는 b보다 훨씬 크고, a/V2는 0에 가까워지게 된다.
P + an2/V2 ≒ P
V - nb ≒ V
따라서 높은 온도와 낮은 압력에서 n몰 기체에 대한 반데르 발스 방정식은 이상기체 상태방정식과 같아지게 된다. 이상기체 상태방정식뿐만 아니라 실제 기체와 이상기체의 차이점을 고려한 여러 가지 기체 상태방정식을 찾아보고, 이를 활용하여 기체상수를 보다 정확하게 구해 보는 실험도 해 보고 싶다.
고등학교 화학2 시간에는 이상기체 상태방정식을 유도하고 이를 활용하는 방법만을 배웠는데 직접 기체발생 실험을 하여 기체상수를 구해보고, 결과 리포트를 쓰며 기체 상태방정식에도 여러 가지가 있음을 알게 되었다.
또 여러 방정식 중에서 반 데르 발스 방정식에 대해 알아봄으로써 실제 기체에 보다 더 정확하게 적용될 수 있는 방정식에 대해 알게 되어서 재미있고 유익한 시간이 되었다.
7. Reference (참고문헌)
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