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1. 서론
끓는점 오름은 비휘발성 용질이 포함된 용액의 끓는점이 순수한 용매의 끓는점보다 높아지는 현상이다. 이는 용질이 용매의 증기압을 낮추기 때문에 발생한다. 용액의 끓는점이 올라가는 정도는 용질의 농도에 비례하며, 이를 이용하면 용질의 분자량을 계산할 수 있다. 이번 실험에서는 끓는점 오름 현상을 관찰하고, 그 결과를 바탕으로 용질의 분자량을 결정하고자 한다. 또한 실험값과 이론값을 비교하여 오차 발생 원인을 분석하고자 한다. 이를 통해 끓는점 오름 현상에 대한 이해를 높이고, 실험 기술을 향상시키고자 한다. ()
2. 끓는점 오름 원리
2.1. 끓는점 오름의 개념
끓는점 오름의 개념이란 용매로 작용할 수 있는 액체에 비휘발성 용질을 녹였을 때 혼합물 액체(용액)의 끓는점이 순수한 용매의 끓는점보다 높아지는 현상이다. 이는 용액의 증기압이 용매보다 낮기 때문에 온도가 더 높아져야 끓기 시작하기 때문이다. 증기압을 기준으로 보면, 액체는 증기압이 주변 기압과 같아질 때 끓기 시작하며, 용액의 증기압이 용매보다 낮기 때문에 온도가 더 높아야 끓기 시작한다. 따라서 용질이 첨가됨에 따라 끓는점이 높아지는 현상을 끓는점 오름이라고 한다.
2.2. 끓는점 오름 식과 관련 지표
끓는점 오름이란 용매로 작용할 수 있는 액체에 비휘발성 용질을 녹였을 때 혼합물 액체(용액)의 끓는점이 순수한 용매의 끓는점보다 높아지는 현상이다. 용질을 용매에 녹여 용액을 만들면 용액의 증기압이 용매보다 낮아지므로 온도가 더욱 높아야 끓기 시작한다. 이러한 끓는점 오름 현상을 수식화하면 ΔTb = i × Kb × m과 같다. 이 식에서 ΔTb는 끓는점 온도 차이, i는 반트호프 인자, Kb는 끓는점 오름 상수, m은 용질의 몰랄농도를 나타낸다.
반트호프 인자 i는 용액 안 입자의 몰수와 녹아있는 화학식 단위의 몰 수의 비를 나타낸다. 이상적인 경우 이온화합물은 용액 안에서 완전히 해리한다고 가정하면 반트호프 인자가 정확히 2가 된다. 그러나 실제로는 완전히 해리하지 못하기 때문에 이 차이로 인해 용액 안의 입자 수들이 다소 줄어들게 된다.
몰랄농도 m은 용매 1kg에 녹아있는 용질의 mol 수로 정의되며, m = {용질의 mol 수} / {용매의 kg 수}와 같이 계산한다. 이때 몰농도와 달리 온도에 영향을 받지 않는 것이 특징이다.
따라서 끓는점 오름 현상을 설명하는 주요 관련 지표로는 반트호프 인자 i와 끓는점 오름 상수 Kb, 그리고 용질의 몰랄농도 m을 들 수 있다. 이들 지표 간의 상호관계를 나타낸 끓는점 오름 식 ΔTb = i × Kb × m을 통해 용액의 끓는점 변화를 정량적으로 예측할 수 있다.
3. 실험 방법
3.1. 실험 준비 및 절차
실험 장치를 준비하여 실험을 수행하는 절차는 다음과 같다. 먼저, Cottrell 끓는점 측정 장치의 아래부분을 핫플레이트 정가운데에 놓고 스탠드와 클램프로 고정한다. 이는 열을 잘 받게 하기 위함이다. 다음으로, 콘덴서와 계수대에 고무호스를 끼워 소량의 물을 계속 공급하여 가득 채워준다. 이는 콘덴서의 역할인 온도를 일정하게 차갑게 유지시키기 위해서이다.
그 다음, 고무마개에 구멍을 뚫어 수은 온도계를 밀어넣는데, 온도 감지계가 코트랄 측정 장치 안 거의 바닥에 올 수 있도...
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