본문내용
1. 서론
화학 실험에서 가장 기본이 되는 물리적 양은 질량과 부피이다. 질량은 엄밀하게는 주어진 물질의 고유한 양이고 무게는 이 물질에 작용하는 중력의 측정치이다. 그러나 화학에서는 종종 이들 용어를 상호 교환적으로 사용한다. 무게는 저울을 사용해서 측정하며, 일반적으로 화학 실험에서는 측정 용량이 수백 그램이고 측정의 정밀도가 10mg(0.01g)에서 0.1mg(0.0001g)인 저울을 사용한다. 저울을 사용하기 전에는 반드시 측정 용량과 정밀도를 확인하고 실험의 목적에 맞게 사용하도록 한다. 화학 실험에서 용액의 부피 측정에 사용되는 기구에는 눈금 피펫, 부피 피펫, 뷰렛, 눈금 실린더, 부피 플라스크 등이 있으며, 실험의 정밀도를 높이기 위해서는 실험 내용에 맞게 적절한 기구를 선택하여 바르게 사용하는 것이 중요하다. 모든 측정한 값에는 불확정도가 포함되어 있으며, 실험 자체의 한계에서 발생하는 불확정도는 측정을 충분히 반복해서 평균값을 얻게 되면 상쇄될 수 있다. 반복 실험 결과를 통계적 방법으로 처리하여 평균값과 불확정도를 구할 수 있으며, 실험 결과를 나타낼 때는 이를 함께 제시하는 것이 바람직하다. 또한 실험에서 얻은 값들을 연산하여 다른 값을 얻을 때에도 유효숫자 처리에 세심한 주의가 필요하다.
2. 질량 측정과 액체 옮기기의 원리
화학 실험은 도구나 기구를 이용하는 물리적 양의 측정으로 이루어진다. 화학 실험에서 가장 기본이 되는 물리적 양은 질량과 부피이다. 질량은 엄밀하게는 주어진 물질의 고유한 양이고 무게는 이 물질에 작용하는 중력의 측정치이다. 그러나 화학에서는 종종 이들 용어를 상호 교환적으로 사용한다. 무게는 저울을 사용해서 측정한다. 저울은 수천 킬로그램의 거대한 화물자동차의 무게를 측정하는 것에서부터 μg (10-6g, microgram)이나 ng(10-9, nanogram) 정도의 극미량에 이르기까지 측정 용량과 측정의 정밀도에 따라 다양한 형태가 있다. 일반적으로 화학 실험에서는 측정 용량이 수백 그램이고 측정의 정밀도가 10 mg (0.01g)에서 0.1mg (0.0001g)인 저율을 사용한다. 저울을 사용하기 전에 반드시 저울의 측정 용량과 정밀도를 알아보고 실험에 목적에 맞는 것인가를 확인해야 한다.
화학 실험에서 용액의 부피 측정에 사용되는 보편적인 기구는 눈금 피펫(measuring pipet), 부피 피펫(transfer pipet), 뷰렛(buret), 눈금 실린더(graduated cylinder), 부피 플라스크(volumetric flask) 등이다. 부피 피펫과 눈금 피펫은 정확한 양의 액체를 취해 다른 용기에 옮기는데 사용되며, 부피 피펫이 눈금 피펫보다 정밀도가 높다. 역시 액체를 옮기는데 사용되는 뷰렛은 주로 적정할 때 쓴다. 눈금실린더에 담긴 용액을 다른 용기로 옮기더라도 실린더에 약간의 용액이 남게 되어서 정확한 부피를 측정할 수는 없다. 부피 플라스크는 용질을 녹여서 일정한 부피의 용액을 만드는 데 유용한 기구이다.
실험의 정밀도를 높이기 위해서는 용액의 부피를 측정하는 여러 가지 기구들을 실험의 내용에 맞게 적절히 선택하여 바르게 사용하는 것이 중요하다. 사용하는 도구나 기기는 얻고자하는 결과에 걸맞는 정밀도를 가져야 한다. 또한, 도구나 기기를 제대로 사용해야만 정밀한 실험 결과를 얻을 수 있다. 모든 측정한 값에는 불확정도가 포함되어 있다. 불확정도는 기기나 기구의 보정이 잘못되어 생기기도 한다.
실험 자체의 한계에서 발생하는 불확정도는 측정을 충분히 반복해서 평균값을 얻게 되면 상쇄된다. 그러나 실제 실험에서는 같은 실험을 무한히 반복할 수는 없고, 몇 차례만 반복할 수 있을 뿐이다. 한정된 횟수만큼 반복한 실험 결과는 통계적인 방법을 이용해서 평균값과 불확정도를 구한다. N번 실험을 반복한 경우에 불확정도(또는 표준편차)는 다음과 같이 주어진다.
실험 결과를 나타낼 때는 여러 차례 반복한 실험의 평군값과 그 값의 신뢰 수준 또는 불확정도의 범위를 함께 제시하는 것이 바람직하다. 통계적으로 의미가 있을 정도로 충분히 반복한 실험의 결과를 나타낼 때는 불확정도의 범위를 확실하게 표시하기도 하지만, 보통 1~2차례 반복한 실험의 결과의 경우에는 유효 숫자를 이용해서 신뢰 수준을 묵시적으로 나타내기도 한다. 유효 숫자를 고려하여 표현된 숫자에서는 마지막자리의 숫자는 불확정하다. 실험...
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