용량기 검정 및 액체의 밀도 예비레포트

2012 포스팅 자료실 2013.03.17 22:53

화학 및 실험 1

 

용량기 검정 및 액체의 밀도 (예비레포트)

 

1. 실험목적

화학실험시 사용하는 액체 시약은 정확한 용량의 시약을 사용해야 오차가 없는 결과가 나오기 때문에 액체의 용량을 측정하는 기구인 뷰렛의 오차를 확인하고, 뷰렛의 사용법을 익히는데 있다. 또 액체의 밀도로 액체 시료의 질량과 부피를 측정하고 액체의 밀도와 시료의 질량, 부피를 이용해 용기에 표시된 부피의 정확도를 검정한다. 마지막으로 섭씨, 화씨온도의 관계식의 유도과정을 알아본다.

 

2. 원리 및 이론

1) 밀도(Density)

물질 속의 원자나 분자 배열의 조밀도, 합금이나 혼합물 속의 성분비 등을 알아내는 데 이용되는 밀도는 1mL 속에 포함된 물질의 질량으로, 단위는 g/mL를 사용한다. 순수한 물질은 고유한 밀도를 갖고 있지만 혼합물은 혼합물을 구성하는 성분들의 조성에 따라 밀도가 달라진다. 밀도는 온도, 색, 농도 등과 함께 물질의 양이 증가해도 변하지 않는 성질을 지니고 있다. 이러한 성질을 세기 성질이라고 한다. 반면에 질량, 부피, 열량 등은 물질의 양에 비례하여 증가하므로 크기 성질이라고 한다.

밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로 밀도가 크다는 것은 같은 부피에 대해 질량이 더 크다는 것을 의미하므로 여러 물질이 섞여 있을때, 밀도가 큰 물질일수록 아래쪽에 위치하게 된다. 일반적으로 같은 물질에서 보통 고체는 분자들이 빽빽하게 모여 있는 상태로 밀도가 크며, 액체와 기체가 그 다음을 잇는다. 단 물의 경우 4"C에서의 부피가 0"C에서의 부피보다 작기 때문에 액체 > 고체 >> 기체 순으로 밀도가 크다. 이는 0"C의 물이 수소결합에 의해 육각형 모양의 결정을 만들면서 부피가 커지기 때문이다.
고체나 액체의 경우 밀도는 온도나 압력이 변해도 거의 변화하지 않는다. 그러나 기체의 경우에는 온도가 올라 갈수록 기체 분자의 운동이 활발해져 부피가 커지게 되고 따라서 밀도가 작아진다. 한편, 압력이 높아지게 되면 부피가 작아져 밀도가 크다.

 

2)비중(Specific gravity)
비중이란 4"C의 순수한 물을 비중 1로 했을때 물과 다른 물질의 비를 의미한다. 혹은 어떤 물질의 질량과 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비를 뜻하기도 한다. 표준물질은 앞서말한 1기압에서의 4"C 물을 취하고, 기체의 경우에는 0"C, 1기압하에서의 공기를 취한다. 비중은 온도와 압력(기체의 경우)에 따라 달라지며, 고체.액체에 대해서는 그 값이 소수점 이하 5자리까지 밀도와 일치한다. 대부분 비중과 밀도는 그 값이 같다고 생각해도 무방하다.

질량끼리의 비이므로 단위가 없는 무차원수가 된다. 4"C, 대기압 상태에서 공기가 녹아 있지 않을 때 물의 밀도는 0.999972 g/cm"' 이다. 거의 1.0 g/cm"'에 가깝기 때문에 비중과 밀도의 값을 CGS 단위계로 나타내면 거의 같은 값이 된다.

*CGS 단위계란 ? 기본이 되는 길이.질량.시간의 단위로서 cm, g, s를 채택하고 이를 기준 삼아 다른 물리량의 단위를 정한 단위계이다.

밀도와 비중은 혼동되기 쉽지만, 밀도는 질량을 부피로 나눈 양이며, 비중은 기준 물질과 비교되는 밀도의 비라는 점으로 다른 것이다. 따라서 물질이 물에 뜨거나 가라앉는다는 것은 비중으로 판단하는 것이 좀더 용이하다. 비중이 1보다 큰 물질은 물 아래로 가라앉고, 비중이 1보다 작은 물질은 물에 뜬다.
(단, 순도, 구성 물질, 온도, 압력 조건에 따라 달라질 수 있다.)

 

 

3) 정확도(Acuracy)와 정밀도(Precision)
측정치의 평균치와 참값의 차가 작은 정도를 정확도라고 한다. 정확도는 과학, 산업, 공업, 통계학 분야에서 재거나 계산된 양이 실제 값과 얼마만큼 가까운지를 나타내는 기준이며, 관측의 정교성이나 균질성과는 무관하다.

정밀도는 측정치의 오차 정도를 가리키는 것으로, 여러번 측정하거나 계산하여 그 결과가 서로 얼마만큼 가까운지를 나타내는 기준이며, 재현성이라고도 한다. 일반적으로 표준편차 또는 상대 표준편차로 나타낸다. 정밀도는 관측과정과 우연 오차와 밀접한 관계를 가지며, 관측 장비와 관측 방법에 크게 영향을 받는다. 여기서 우연 오차는 까닭이 뚜렷하지 않은 오차이며, 최소 제곱법에 따른 확률법칙에 따라 추정할 수 있다.

분석법을 확립하기 위해서는 정밀도와 동시에 정확도를 검토하는 것이 필요하다. 성분의 함유량이 보증된 표준시료가 여러 기관에서 입수되기 때문에 분석시료와 유사한 기반을 갖는 표준시료를 분석하고 분석치가 보증치와 일치하는 정도를 가지고 방법의 정확도를 검토하는 것이 일반적으로 이루어지고 있다.

계산.측정된 값이 정확도는 높아도 정밀도가 낮은 경우도 있고, 거꾸로 정밀도가 높지만 정확도가 낮은 경우도 있다. 물론, 둘 다 낮거나 둘 다 높을 수도 있다. 높은 정확도와 높은 정밀도의 결과를 "유효하다" 또는 "타당하다"라고 한다.

 

4) 섭씨, 화씨온도의 관계식 유도
화씨온도는 페런하이트가 고안한 온도계로써 물의 어는점을 32"F, 끓는점을 212"F로 나타낸다. 섭씨온도는 셀시우스가 고안한것으로 물의 어는점을 0"C로 끓는점을 100"C로 나타낸다.
-> 섭씨온도를 화씨온도로 나타낼 때
X"F = 1.8 X 섭씨온도 + 32
(화씨온도로 나타낼때 1.8을 곱해주는 이유는 섭씨온도에서 눈금이 100등분이었으나 화씨온도에서 눈금은 180등분이므로 180/100으로 나누면 1.8이기 때문이다. 그리고 화씨온도의 어는점은 32이므로 32를 더해준다)

 

실험기구 및 시약
50mL 뷰렛, 뷰렛클램프, 뷰렛스탠드, 비커, 저울, 증류수, 온도계

-실험 시 주의사항
1) 눈금을 읽을 시 액체가 오목하면 최하부를 액체가 볼록하면 최상부를 읽는 메니스커스에 주의한다.
2) 뷰렛 사용 시 뷰렛 끝에 공기 방울이 하나도 없도록 주의하여야 한다.

*뷰렛
정량분석에서 액체 또는 기체의 부피를 측정하는 실험장치로 유리관에 눈금이 새겨져 있으며, 한쪽 끝에 액체나 기체가 흐르지 못하도록 하는 정지콕(회전 플러그 또는 마개)이 있다. 액체용 뷰렛에서 정지콕은 밑에 있으며, 뷰렛에 넣은 정확한 액체의 부피는 투여되기 전과 후의 액체 수평면에서 유리관에 새겨진 눈금을 읽어서 결정한다.

 

실험방법
1) 정확한 측정을 위해서는 용기를 깨끗이 세척후 잘 말려야 한다. 용기 표면에 이물질이 있을경우 메니스커스 모양에 이상이 생긴다. 이런 경우 부피를 잴 때 소위 배수오차나 눈금오차가 생기게 마련이다.

*메스실린더 세척방법
1~2%의 비눗물이나 중성 합성세제를 사용하거나 중크롬산나트륨 혹은 칼륨 약 15g을 진한 공업용 황산 500mL에 녹인 액체에 30분간 담가 두었다가 물로 씻으면 된다.

메스실린더에 20mL의 증류수를 넣고 0.1mL 단위까지 부피를 기록한다. 물과 실린더의 질량을 0.1g 단위까지 전자저울로 정확히 단다. 물의 온도를 측정하고 물을 부어 버린 후에 메스실린더의 무게를 측정한다. 그리고 나서 밀도를 계산한다. 같은 방법으로 미지의 시료에 대해서 밀도를 측정한다.

 

2) 고무마개를 끼운 100mL 삼각 플라스크를 전자저울로 0.001g 까지 정확하게 무게를 단다. 사용할 증류수의 온도를 측정하고 25mL 뷰렛에 증류수를 눈금 위까지 채운다. 메니스커스가 눈금 있는 범위까지 오도록 비커에 물을 넣는다(뷰렛 끝에 공기 방울이 하나도 없도록 주의한다). 뷰렛의 눈금을 0.02mL까지 정확하게 읽어 기록한다. 무게를 단 플라스크에 20mL의 증류수를 넣는다. 뷰렛의 눈금을 정확하게 읽어 노트에 기록한다. 물과 마개를 한 플라스크를 전자저울에 단다. 질량과 밀도로부터 물의 부피를 계산한다. 뷰렛의 보정인자를 계산한다. 이 보정 인자는 앞으로 이 뷰렛을 사용할 때 읽은 부피에 그 값을 곱함으로써 부피를 얻는데 사용할 수 있다.

 

 

참고자료

생략

 

순천대학교 화학및실험1

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