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아보가드로수의 결정
아보가드로수의 결정 - 미리보기를 참고 바랍니다.
아보가드로수(NA)의 결정
1. 목적
친수성(Hydrophilic) 과 소수성(Hydrophobic) 을 모두 갖는 스테아르산이 물 표면
에서 퍼지면서 단분자막을 형성하는 성질과 다이아몬드의 밀도를 이용해서 몰 (mole)
을 정의하는데 필요한 아보가드로수( NA) 를 결정한다.
2. 원리
아보가드로 수 (Avogadro`s number, NA)란 정확히 12g에 존재하는 12C 원자의
숫자로 정의되고 아보가드로 수 만큼에 해당하는 원자나 분자를 1몰(mole) 이라고 한다. 아보가드로 수가 의미하는 바는 분자와 원자와 같이 미시적인 질량과 1몰의 분자나 원자가 갖는 거시적인 질량 사이의 관계를 설명해준다 아보가드로의 수를 구하기 위한 방법은 우리가 실험을 하려는 방법 외에 몇 가지가 있다.
- 라듐의 α붕괴에 의한 헬륨 생성량을 측정하여 구하는 방법
- 밀리컨의 기름방울 실험을 이용한 기본전하량의 결정 및 전기분해로부터 얻은 패러데이상수를 함께 써서 구하는 방법
-결정(ex) 다이아몬드) 의 단위격자를 X선 회절법을 사용하여 정확히 결정한 다음,
그 속의 원자수를 구하는 방법
아보가드로수는 탄소원자 1몰이 차지하는 부피(Vm) 와 탄소원자 하나가
차지하는 부피 (V1) 를 이용해서 구할 수 있다,
탄소원자 1몰의 평균 질량(12.011g)과 다이아몬드의 밀도(3.51g/cm3)를 이용하면 탄소원자 1몰의 부피 (Vm )를 계산할 수 있다. 탄소 원자 하나의 부피를 정확하게 알아내는 것은 그렇게 쉽지 않지만 기름처럼 물에 섞이지 않는 탄소 화합물을 ,
이용하면 간단하게 짐작할 수 있다.
물 (H2O) [그림1]은 산소 한 개에 두 개의 수소가 104.5o의 각도를 이루며 결합되어 있어서 전기 쌍극자의 성질을 갖고 있는 극성분자이다. 액체 상태에서 물 분자의 이런 극성은 전하를 가진 양이온과 음이온은 물론이고 다른 극성 분자를 안정
화시켜서 잘 녹게 만들어준다. 그러나 전기쌍극자의 성질을 갖지 않는 벤젠이나 헥
세인과 같은 무극성 분자들은 물과 잘 섞이지 않는다.스테아르산은 무극성을 나타내는 긴 탄화수소 사슬의 끝에 극성을 나타내는 카복실기가 붙어있는 막대기처럼 생긴 분자이다. 이런 분자를 물 위에 떨어뜨리면 극성을 가진 카복실기는 물과 잘 달라붙지만 무극성의 탄화수소 사슬은 물과 잘 접촉하지 않으려는 경향이 있다. 그래서 물 위에 스테아르산을 충분히 떨어뜨리면 카복실기가 물 쪽으로 향하고 무극성의 탄화수소 사슬이 물 층 위로 서 있는 단층막이 형성된다. 그림 [ 2].
그러나 표면이 스테아르산 분자의 단막층 으로 완전하게 덮여진 후에는 더 가하게되면 스테아르산 렌즈와 같은 구형 표면을 형성하는데 탄화수소 꼬리부분은 안쪽을 가리키면서 기름과 같은 내부를 형성하게 된다 이때부터 스테아르산 분자가 물 표면에 쌓이게 된다.
물 표면에 만들어진 스테아르산 단분자층의 부피를 표면의 넓이로 나누어주면 스테아르산 분자의 길이를 얻을 수 있다. 곧은 사슬 모양의 스테아르산 분자는 탄소원자 18개가 쌓여있는 것으로 볼 수 있기 때문에 스테아르산의 길이로부터 탄소 원자 하나의 지름을 얻을 수 있고, 그 값을 이용하면 탄소 원자 하나가 차지하는 부 피 (V1 )도 얻을 수 있다.
스테아르산은 위에서 보여 지듯이 탄소 원자 개가 직선이 아니고 지그재그 형태 (109.5o )로 연결되어 있다. 따라서 이 데이터로부터 탄소 원자의 직경을 알 수 있으며 탄소 원자가 정육면체라고 가정하면 모서리 길이의 세제곱은 탄소 원자의 부피가 된다. 그다음으로는 탄소원자 1mole의 부피를 구해야 하는데 우리가 알고 있는 탄소구조체중에서 다이아몬드는 탄소가 가장 촘촘히 쌓여서 만들어진 구조이다. 다이아몬드를 촘촘히 쌓은 탄소원자 입방체로 이루어졌다고 가정을 하면 아보가드로수만큼의 다이아몬드의 탄소입자가 차지하는 부피는 1 mole 이 된다. 결론적으로 탄소 원자 1mole의 질량 ( 평균 몰당질량
12.001g/mole)과 다이아몬드의 밀도 (3.51g/cm3 )를 이용하면탄소 원자 1몰이 차지하는 부피를 쉽게 계산할 수 있다. 그리고 아보가드로수는 아래와 같은 계산식을 이용해 얻을 수 있다.
이렇게 얻어진 탄소하나의 부피로 탄소 의 부피를 나누어 주면 실험적으로 1mol
구해진 아보가드로의수를 구할 수 있고 그것을 실제의 아보가드로의 수와 비교해
본다.
3. 실험 방법
1단계. 스포이트 피펫보정 및 스테아르산 헥세인 용액 제조
◎기구 준비 및 주사기 보정
ｏ실험 기구 체크
ｏ주사기보정
- 혹시 있을 이물질등을 제거하기 위해 헥세인을 이용하여 주사기 2-3회 세척한다.
-주사기 물방울 한 방울의 부피를 측정하기 위해 헥세인을 1mL 주사기에
채운 후 비커에 한 방울씩 떨어뜨려 헥세인 1mL 의 방울수를 센다.
- 앞의 과정을 3회 반복하여 평균을 내고 헥산 한 방울의 부피를 측정한다.
-스테아르산 고체 0.0100g~0.0200 g을 정확히 측정하고 100mL 용량 플라스
크에 헥세인으로 녹여 스테아르산 용액을 만든다.
2단계. 스테아르산-헥세인 용액 단막층 표면적 측정 및 단막층의 두께 계산
◎스테아르산-헥세인 용액 단막층의 표면적 측정
o 깨끗한 시계접시에 증류수를 붓는다. 그리고 표면장력에 의해 중앙 부분이 더
높게 올라와 있을시 접시 한쪽 끝에서 휴지 등으로 수면의 높이를 줄여 평평
하게 만든다.
o 적당량의 송화 가루를 시계접시 안에 중앙 쪽으로 해서 원을 그릴 수 있도록
떨어뜨린다. 단 송화 가루가 시계접시와 증류수의 경계에 닫지 않게 조심한다.
o 스테아르산-헥세인 1mL용액을 주사기에 담아 조심히 송화가루 중심에 한 방울 떨어뜨린다. 이때 주사기를 수직으로 들어서 조심히 떨어뜨린다.
o 스테아르-헥세인 용액이 떨어져 송화가루 안에서 원을 그리며 퍼지면 그 단막층의 직경을 잰다. 원이 아닐 경우 대각선 길이를 여러번 측정하여 평균값을 얻어 단막층의 표면적을 계산한다. 원의 넓이 .( A=
[문서정보]
문서분량 : 5 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 :
파일이름 : 아보가드로수의 결정.hwp
키워드 : 아보가드로수의,결정,NA
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