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1. 녹는점 측정 실험
1.1. 실험 목적
화합물의 고유한 성질인 녹는점 측정을 통해 화합물의 종류를 알아보고, 고체물질의 물리적 특성인 녹는점의 정의를 이해하며 순물질과 혼합물의 녹는점 차이를 확인하는 것이다. 또한 측정한 미지 시료의 녹는점을 이용하여 미지 시료 물질을 확인하는 것이 실험의 목적이다.
1.2. 실험 이론 및 원리
1.2.1. 고체의 종류
고체의 종류는 결정성 고체와 비결정성 고체로 구분된다.
결정성 고체는 물체를 이루고 있는 물질의 입자가 규칙적으로 배열되어 있는 고체이다. 순수한 물질의 고체는 대부분 결정성이며 녹는점이 일정하다. 대표적인 예로 염화 나트륨(식용 소금)이 있다.
반면 비결정성 고체는 입자들의 배열이 불규칙한 고체로, 녹는점이 일정하지 않다. 플라스틱과 유리가 대표적인 비결정성 고체이다.
결정성 고체와 비결정성 고체의 차이는 물질을 구성하는 입자들의 배열 규칙성에 있다. 결정성 고체는 입자들이 규칙적으로 배열되어 있어 녹는점이 일정한 반면, 비결정성 고체는 입자 배열이 불규칙하여 녹는점이 일정하지 않다."
1.2.2. 순물질과 혼합물의 녹는점 차이
순수한 물질의 고체는 결정성인 경우가 많으며 녹는점이 일정하다. 그러나 혼합물의 경우 녹는점이 순수한 성분 물질의 녹는점보다 더 낮은 온도에서 나타난다.
이는 순수한 물질에서는 입자들 간의 규칙적인 배열과 강한 결합력으로 인해 일정한 녹는점을 보이지만, 혼합물에서는 서로 다른 종류의 입자들이 불규칙하게 섞여있어 입자 간 결합력이 감소하기 때문이다. 또한 혼합물의 격자구조가 균일하지 않아 녹는점이 낮아지게 된다.
따라서 순수한 물질의 녹는점은 일정한 반면, 두 종류 이상의 물질이 섞여있는 혼합물의 경우 녹는점이 순수한 성분들의 녹는점보다 낮아지는 것이다.
1.2.3. 녹는점 측정의 중요성
녹는점 측정의 중요성은 다음과 같다.
화합물의 고유한 성질인 녹는점을 측정하는 것은 화합물의 종류를 확인하는데 매우 중요하다. 순수한 화합물은 일반적으로 0.5~1도의 좁은 녹는점 범위를 가지지만, 혼합물의 경우 녹는점이 더 낮게 나타난다. 이를 통해 순물질과 혼합물을 구분할 수 있다.
또한 육안으로는 구별하기 어려운 두 가지 고체 화합물이 있을 때, 녹는점을 측정함으로써 이것이 같은 물질인지 아닌지를 식별할 수 있다. 이는 유기화학 분야에서 많이 사용되는 방법이다. 두 물질이 같은 물질일 때는 시료 비율에 상관없이 일정한 녹는점을 가지지만, 다른 물질일 때는 녹는점이 낮아지며 시료의 조성비에 따라 녹는점이 달라진다.
따라서 녹는점 측정은 화합물의 종류와 순도를 확인하는데 매우 중요한 실험 기법이라고 할 수 있다.
1.3. 실험 재료 및 기구
실험 재료 및 기구는 다음과 같다.
기기: Thiele 녹는점 측정관, 녹는점 측정용 모세관, 온도계, 막자사발, 전기 곤로, 클램프, 스탠드, 고무줄, 호일, 목장갑이 사용된다.
실험 시약: 식용유, 옥살산, 나프탈렌, 미지시료가 사용된다. 옥살산은 가장 단순한 다이카복실산으로 H2C2O4의 화학식을 갖는 유기 화합물이며, 나프탈렌은 독특한 콜타르 냄새가 나는 흰색 결정형 고체로 프탈산 무수물의 합성 원료 또는 방충제로 사용된다.
1.4. 실험 방법
시료를 깨끗한 막자 사발에 넣고 미세한 분말로 만든다. 시료를 녹는점 측정용 모세관의 열린 끝에 톡톡 두두린 후, 뒤집어서 바닥에서 약 3mm 정도 되도록 충진 시킨다. 총 4개의 모세관에 나프탈렌, 옥살산, 혼합물, 미지시료를 각각 담는다. 4개의 모세관을 온도계의 아랫부분 끝에 맞춘 후 고무줄을 이용하여 고정시킨다. 약 20ml의 식용유를 Thiele 녹는점 측정관에 넣고, 온도계와 시료의 위치를 잘 조절하여 설치한다. 가열기구와의 거리를 조...
