소개글
"원자시계"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험명: 아보가드로수의 결정
1.1. 실험목적
1.2. 실험원리
1.2.1. 아보가드로수
1.2.2. 스테아르산의 특성과 단분자막
1.2.3. 측정 방법의 원리
1.3. 실험 방법
1.3.1. 기구 및 시약
1.3.2. 실험 절차
1.4. 결과 및 고찰
1.4.1. 결과 분석
1.4.2. 오차 분석 및 개선
1.4.3. 추가 조사
1.5. 의의
2. 참고 문헌
본문내용
1. 실험명: 아보가드로수의 결정
1.1. 실험목적
실험의 목적은 계면활성제인 스테아르산이 물 표면에서 단분자막을 형성하는 성질을 이용하여 아보가드로수를 실험적으로 측정하고, 문헌값과 대조하여 그 오차를 비교하는 것이다.
스테아르산은 극성 물질과 비극성 물질을 동시에 가지고 있는 양친매성 화합물로, 물에 떨어지면 극성 부분인 카르복시기는 물에 접하고 비극성 부분인 탄화수소 사슬은 물 위로 향한 채 단분자막을 형성한다. 이러한 단분자막의 특성을 이용하여 스테아르산 분자의 두께와 탄소 원자의 부피를 계산하고, 이를 토대로 아보가드로수를 도출하고자 하는 것이 이번 실험의 목적이다.
이를 통해 몰(mole)이라는 화학에서 중요한 단위를 정의하는데 필요한 아보가드로수를 실험적으로 측정하고, 문헌상의 이론값과 비교하여 그 오차를 분석하고자 한다. 아보가드로수의 정확한 측정은 화학에서 필수적인 기본 단위인 몰의 개념을 확립하는데 중요하다.
1.2. 실험원리
1.2.1. 아보가드로수
아보가드로수는 물질 1몰(mol)에 들어있는 원자의 개수를 의미하는 물리상수이다. 아보가드로수는 6.022 × 10^23 mol^-1로, 이는 탄소 12g에 들어있는 원자 수를 뜻한다. 즉, 아보가드로수는 어떤 물질 1몰 속에 존재하는 입자의 개수를 나타낸다.
아보가드로는 1811년에 발표한 논문에서 이러한 개념을 처음 제시했다. 당시에는 분자의 정확한 개념이 없었지만, 아보가드로는 기체 분자가 2개 이상의 기본 입자로 구성되어 있다는 것을 제안했다. 그리고 같은 온도와 압력 조건에서 기체의 종류와 상관없이 같은 부피 속에 같은 수의 입자가 존재한다는 가설을 제시했다. 이는 이후 "아보가드로 법칙"으로 알려지게 되었다.
아보가드로의 이론은 1827년 브라운 운동의 발견, 1905년 아인슈타인의 수학적 증명, 1908년 페랭의 실험적 증거 등을 거치며 점차 발전했다. 이후 1913년 페랭이 "아보가드로의 수"라고 명명하면서 현대 화학에서 널리 사용되는 개념이 되었다.
아보가드로수는 물질의 몰 단위를 정의하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 기체의 경우 표준 온도와 압력(0°C, 1기압) 상태에서 1몰의 부피가 22.4L이며, 이 부피 속에 아보가드로수만큼의 입자가 존재한다. 또한 몰 단위를 사용하면 화학 반응식의 양적 관계를 쉽게 계산할 수 있다. 이처럼 아보가드로수는 화학에서 매우 중요한 개념이자 상수이다.
1.2.2. 스테아르산의 특성과 단분자막
스테아르산(stearic acid)은 화학식 CH3(CH2)16COOH를 가지는 포화 지방산의 일종이다. 스테아르산 분자는 극성기와 비극성기를 모두 가지고 있는 양친매성 물질이다. 스테아르산의 한 쪽 끝은 카르복실기(-COOH)로 이루어져 있어 극성을 띠지만, 나머지 16개의 메틸렌기로 이루어진 탄화수소 사슬 부분은 비극성이다.
이러한 스테아르산의 특성으로 인해 스테아르산을 물에 떨어뜨리면 극성인 카르복실기는 물과 잘 반응하지만, 비극성인 탄화수소 사슬 부분은 물과 접촉하려 하지 않는다. 그 결과 스테아르산은 물 표면에서 카르복실기가 물 쪽을 향하고 탄화수소 사슬이 수직으로 서있는 단분자막을 형성하게 된다. 이를 단분자층(monolayer)이라고 한다.
단분자막이 형성되는 과정은 다음과 같다. 스테아르산을 용해시킨 헥세인 용액을 물 표면에 떨어뜨리면, 먼저 헥세인이 퍼져나가면서 물 표면을 덮는다. 이후 헥세인이 증발하면 스테아르산만 남게 되는데, 이때 스테아르산의 극성 부분인 카르복실기가 물과 반응하면서 수직으로 세워진다. 그 결과 탄화수소 사슬 부분이 외부로 드러난 단분자막이 형성된다. 이러한 단분자막은 스테아르산 분자 하나의 두께만을 가지고 있다.
스테아르산의 단분자막 형성은 계면활성제의 성질을 이용한 것이다. 계면활성제는 극성과 비극성 부분을 모두 가지고 있어 서로 다른 성질의 물질들을 섞는 데 도움을 준다. 이처럼 스테아르산의 특성과 단분자막 형성 현상은 아보가드로수를 결정하는 실험에서 중요한 역할을 한다.
1.2.3. 측정 방법의 원리
측정 방법의 원리는 다음과 같다. 물 표면에 퍼지면서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용하여 아보가드로수를 결정하는 것이다. 우선 단분자막의 부피와 단면적을 구한다. 부피와 단면적을 통해 다음과 같은 관계식으로 두께를 알 수 있다. h= {V} over {A} (h:두께, V:부피, A:단면적)이렇게 구해진 두께를 바탕으로 스테아르산의 분자구조와 조성을 고려하여 가정을 더한다. 스테아르산은 18개의 탄소로 이루어져 있다고 가정하고, 탄소 원자를 한 변의 길이가 L인 정육면체 형태로 가정하면 두께와 정육면체의 부피 간의 관계식이 성립한...
참고 자료
물리 화학 핵심 용어 사전 / 김창호 / 시공사 / 2009 / Vol. 1 / 9th Edition / p.117~118 ; p.314~317 ; p.370~371
화학용어사전 / 이정일 / 일진사 / 2003 / Vol. 1 / 3th Edition / p.95 ; p.198 ; p.376 ; p.412 ; p.810
화학대사전 / 박착용 / 거북출판사 / 2002 / Vol. 1 / 5th Edition / p.528 ; p.1292
https://m.blog.naver.com/martinok1103/220700763022 물의 전기분해
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=bms_korea&logNo=220928717023 -동위원소
https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%84%EC%86%8C_%EB%8F%99%EC%9C%84_%EC%9B%90%EC%86%8C -탄소 동위원소
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=yunsuki2&logNo=220594651713 원자량의 정의
https://ywpop.tistory.com/6585 -원자량, 질량수
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=toshizo&logNo=221083930032 -질량수
https://luvlyday.tistory.com/34 -원자량
http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%9B%90%EC%9E%90%EB%9F%89 -원자량
https://blog.daum.net/chonpa2/214 -원자량,질량수
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jfe5160&logNo=100158774510 -로슈미트 수
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jfe5160&logNo=100158774510https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jfe5160&logNo=100158774510https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jfe5160&logNo=100158774510https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jfe5160&logNo=100158774510 –아보가드로 수 재정의
https://contents.premium.naver.com/ihyeo55/knowledge/contents/211212100913006CP - 아보가드로 수
https://stachemi.tistory.com/101 -아보가드로 수
https://www.kriss.re.kr/gallery.es?mid=a10106030000&bid=0002&b_list=12&act=view&list_no=2760&nPage=1&vlist_no_npage=2&keyField=&orderby= - 몰, 아보가드로수
https://m.droracle.co.kr/article/%ED%99%94%EC%9E%A5%ED%92%88-%EC%84%B1%EB%B6%84%EC%97%B0%EA%B5%AC/22/26861/page/18/#enp_mbris -계면활성제
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AF%B8%EC%85%80 -미셀
https://artsandculture.google.com/entity/m012pw1?hl=ko - 단분자층
https://wizchem.tistory.com/81 -아보가드로 수 구하는 방법
https://chemup.tistory.com/995 -아보가드로수
https://blog.daum.net/lgg3182/4 -단분자층
https://cccforone.tistory.com/18 -아보가드로수 실험
https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=sori&id=13932 -브라운운동
https://blog.naver.com/PostView.nhn?isHttpsRedirect=true&blogId=release&logNo=50094852120 -소수성
https://m.cafe.daum.net/firetechnicist/Mcws/82?svc=cafeapi -계면활성제 정의
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%85%8C%EC%95%84%EB%A5%B4%EC%82%B0 -스테아르산
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B3%84%EB%A9%B4%ED%99%9C%EC%84%B1%EC%A0%9C -계면활성제
https://blog.daum.net/handsomekys/7304457 -극성과 비극성
http://www.sejong-mentoring.co.kr/bbs/board.php?bo_table=gaeelry01&wr_id=26&sca=%ED%99%94%ED%95%99 실험과정
https://www.youtube.com/watch?v=bcIoWZvSjhg 실험과정
https://docplayer.cz/19597597-Ionokomplexy-hyaluronanu-pro-kosmeticke-a-farmaceuticke-ucely.html 미셀과 역미셀
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fblog.daum.net%2F09china%2F3224008&psig=AOvVaw24v8XzQQiB4qjMHYtI3XYY&ust=1664017900355000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCIDVuvbjqvoCFQAAAAAdAAAAABAM 스테아르산 구조식
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fm.blog.naver.com%2Fkwy44%2F221939574806&psig=AOvVaw24v8XzQQiB4qjMHYtI3XYY&ust=1664017900355000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCIDVuvbjqvoCFQAAAAAdAAAAABAR 스테아르산 구조
https://www.google.com/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fsoft-matter.seas.harvard.edu%2Findex.php%2FInsoluble_monolayers&psig=AOvVaw32PoggpWOXeiRyIP73l_Tp&ust=1664018079093000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCIiS3tfkqvoCFQAAAAAdAAAAABAF 단분자층
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fkr.ums-labmed.com%2Fpetri-dish%2F&psig=AOvVaw3GnWICMwSN2FD17Zlot5sg&ust=1664018574443000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCKihz7zmqvoCFQAAAAAdAAAAABAD 페트리접시
https://kr.123rf.com/photo_39087310_%ED%99%94%EC%9D%B4%ED%8A%B8-%ED%88%AC%EB%AA%85-%EB%88%88%EA%B8%88%EC%9E%90-%EC%A0%88%EC%97%B0-%EC%9D%B8%EC%B9%98%EC%99%80-%EC%84%BC%ED%8B%B0%EB%AF%B8%ED%84%B0-%EC%9D%B8%EC%B9%98-%EC%84%BC%ED%8B%B0%EB%AF%B8%ED%84%B0-cm-mm-mm-%EC%A0%9C%EA%B5%AD%EA%B3%BC-%EB%A9%94%ED%8A%B8%EB%A6%AD-%EB%B0%80%EB%A6%AC%EB%AF%B8%ED%84%B0-%EA%B1%B0%EB%A6%AC-%EA%B8%B8%EC%9D%B4-%EB%8B%A8%EC%9C%84-cm%EC%99%80-mm-%EB%A7%88%ED%81%AC-%EC%9E%90%EC%84%B8%ED%95%9C-%EB%A7%A4%ED%81%AC%EB%A1%9C-%EA%B7%BC%EC%A0%91-%EC%B4%AC%EC%98%81 -눈금자
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fecobianco.com%2Fproduct%2F%25EC%258B%259C%25EC%2595%25BD%25EC%258A%25A4%25ED%2591%25BC%2F107%2F&psig=AOvVaw15hJXa5gbwX7xBJh-FDBbf&ust=1664019168894000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCNip_M7oqvoCFQAAAAAdAAAAABAE -시약주걱
https://xn--2e0bno162cs1r.com/category/%EB%A9%94%EC%8A%A4%EC%9A%A9%EB%9F%89-%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%ED%81%AC/535/ -용량플라스크
http://www.sejong-mentoring.co.kr/bbs/board.php?bo_table=gaeelry01&wr_id=26&sca=%ED%99%94%ED%95%99 -실험과정
일반화학실험, 서울시립대학교 교양화학부, 사이플러스
물리학백과, ‘아보가드로수’
(https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537117&cid=60217&categoryId=60217)
chemspider, “octadecanoic acid’
(http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.5091.html?rid=93fde6b8-df80-4930-8c8c-06e6a63796c4&page_num=0)
한국미스미,‘버니어 캘리퍼스’
(https://kr.misumi-ec.com/tech-info/categories/quality_control/qc01/a0374.html)
위키피디아, ‘헥세인’
(https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%97%A5%EC%84%B8%EC%9D%B8)
위키피디아, ‘올레산’
(https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%AC%EB%A0%88%EC%82%B0)
화학백과, ‘아보가드로상수’
(https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5662976&cid=62802&categoryId=62802)
1
2
3
4
5
6
7
8