소개글
"스테아르산의 단층막을 이용한"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 이론
2.1. 아보가드로 수
2.2. 단층막
2.3. 극성과 무극성
2.4. 친수성기와 소수성기
2.5. 스테아르산
3. 실험 방법
3.1. 실험 기구와 시약
3.2. 실험 절차
4. 실험 결과
4.1. 헥세인 방울 실험
4.2. 스테아르산 용액 한 방울의 부피 계산
4.3. 스테아르산 단층막 실험
4.4. 아보가드로 수 계산
5. 고찰
5.1. 송화 가루 사용 이유
5.2. 실험값과 이론값 비교
5.3. 결합 구조에 따른 영향
5.4. 다이아몬드 밀도 사용 이유
5.5. 실험 과정 분석
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
물 표면에 퍼지면서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용해서 몰을 정의하는데 필요한 아보가드로 수를 구해본다.
물은 이중 극자의 성질은 갖고 있는 극성 분자이다. 극성 분자끼리는 서로 끌어당기는데, 한 분자의 이중 극자의 양극(+) 끝이 다른 분자의 이중 극자의 음극(-) 끝을 당기게 된다. 만약 이들 성질을 모두 지닌 분자를 물 표면에 가져오면 분자의 극성 부분은 표면에 끌릴 것이며, 비극성 부분은 반발할 것이다. 비극성 부분이 극성 부분보다 대단히 크다면 그 분자는 물에 녹지 않을 것이며, 탄소 분자들끼리의 반 데르 발스 힘에 의해 긴 탄소 사슬은 표면에 서게 될 것이다. 이러한 행동을 보이는 것이 스테아르산(stearic acid)이다.
스테아르산은 총 18개의 탄소를 가지고 있으며, 양 끝에는 카복시기(-COOH)로 되어 있는 극성과 메틸기(-CH3)가 붙어있는 비극성 꼬리를 가지고 있다. 스테아르산을 헥세인에 녹여 물 위에 떨어뜨리면 극성을 가진 카복시기는 물에 잘 달라붙지만 무극성인 탄화수소 사슬은 물과 접촉하지 않으려는 경향이 있다. 따라서 물 위에 헥세인이 모두 증발하면 스테아르산의 카복시기는 물 쪽으로 향하고 탄화수소 사슬은 물 층 위로 서 있는 단분자층, 즉 단층막(monolayer)이 형성된다.
이 실험에서는 스테아르산을 헥세인에 녹여 농도를 아는 스테아르산 용액을 만들고, 실험을 통하여 헥세인 한 방울의 부피와 스테아르산 용액 한 방울 안에 있는 스테아르산의 부피를 계산한다. 다음으로 스테아르산 용액을 물 위에 떨어뜨려 단층막을 형성시키고, 단층막의 면적과 높이를 구한다. 마지막으로 스테아르산을 정육면체 모양의 탄소 원자 18개가 쌓여 있는 것으로 가정하여 탄소 원자 하나의 부피를 추정하고, 다이아몬드의 밀도와 탄소의 몰질량을 이용하여 탄소의 몰부피를 계산한 뒤 이를 탄소 원자 하나의 부피로 나누어 아보가드로 수를 구한다.
이를 통해 물 표면에 퍼지면서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용하여 몰을 정의하는데 필요한 아보가드로 수를 구할 수 있다.
2. 실험 이론
2.1. 아보가드로 수
아보가드로 수는 물질 1몰에 포함된 입자의 수를 나타내는 값이다. 아보가드로 수는 약 6.022 × 10^23개로 정의되며, 이는 탄소-12 원자 12g에 포함된 탄소 원자의 수와 같다.
물질 1몰은 그 물질을 구성하는 입자 6.022 × 10^23개를 의미한다. 따라서 아보가드로 수를 알면 임의의 물질 1몰에 해당하는 질량과 특성들을 계산할 수 있다. 예를 들어 탄소 1몰의 질량은 12.011g이고, 이 중 6.022 × 10^23개의 탄소 원자가 포함되어 있다.
아보가드로 수는 물질의 양을 나타내는 기본 단위인 몰(mol)과 밀접하게 관련되어 있다. 즉, 물질의 양을 몰로 표현할 때 아보가드로 수를 이용하여 그 물질의 실제 입자 수를 계산할 수 있는 것이다. 이는 화학 반응에서 반응물과 생성물의 양을 정량적으로 다루는 데 필수적이다.
아보가드로 수는 화학 상수로서 물질의 성질을 이해하고 계산하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이를 통해 물질의 구조, 반응성, 열역학적 성질 등을 정량적으로 분석할 수 있게 된다. 따라서 아보가드로 수는 화학 전반에 걸쳐 핵심적인 개념으로 활용되고 있다.
2.2. 단층막
분자가 한 줄로 늘어선 막을 따라서 두께가 분자 1개의 크기인 막을 단층막이라고 한다. 수면 상에 스테아르산 1방울을 떨어뜨리면 용액이 바로 확산된다. 용매가 증발한 후 스테아르산으로만 된 얇은 막이 남게 된다. 이 실험에서는 헥세인을 사용하는데 헥세인이 증발하고 스테아르산 단층막만 남게 된다. 단분자 막은 친수성-소수성 구조를 가지고 있다.
스테아르산(C18H36O2) 분자는 총 18개의 탄소 원자로 구성되어 있으며, 한쪽 끝에는 극성인 카르복시기(-COOH)가, 다른 쪽 끝에는 무극성인 메틸기(-CH3)가 붙어있다. 스테아르산 용액을 물 위에 떨어뜨리면 극성인 카르복시기는 물에 잘 결합하지만, 무극성인 탄화수소 사슬은 물과 친화성이 낮다. 따라서 물 위의 헥세인이 증발하면 카르복시기는 물 쪽을 향하고 탄화수소 사슬은 물 층 위에 서 있는 단층막이 형성된다. 이러한 단층막은 분자 한 개의 두께로만 구성되어 있다.
아보가드로 수를 구하기 위해서는 이러한 단층막의 면적과 두께를 실험적으로 구해야 한다. 먼저 스테아르산 용액 한 방울의 부피를 측정하고, 이 부피를 통해 단층막의 두께를 계산할 수 있다. 그리고 단층막의 직경을 측정하여 면적을 구한다. 이를 통해 탄소 원자 1개의 부피를 추정할 수 있고, 다이아몬드의 밀도와 탄소의 몰질량을 이용하여 탄소 1몰의 부피를 계산할 수 있다....
참고 자료
1.아보가드로수
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537117&cid=60217&categoryId=60217
2.극성
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1069380&cid=40942&categoryId=32314
3.무극성
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1276153&cid=40942&categoryId=32252
4.친수성기
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1148216&cid=40942&categoryId=32251
화학의 원리 제 7판, Pter Atkins 외 2(김관 외 4 번역), 자유아카데미, 2018, pg.F41~F42
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네이버 지식백과, “극성”, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5733197&cid=60266&categoryId=60266
네이버 지식백과, “친수성기”, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1148216&cid=40942&categoryId=32251
네이버 지식백과, “소수성기”, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1113972&cid=40942&categoryId=32271
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안전보건공단 화학물질정보. Hexane. 2023.04.11. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdssearchAll.do
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레이먼드 창 저. 2020.01.29. 레이먼드 창의 일반화학. 사이플러스
Kenneth L. Williamson 저. 2016.01.01. Organic Experiments Macroscale and Microscale. 7 edition. Brooks Cole
