고려대학교 일반화학실험I 아보가드로 수의 결정 결과보고서

소개

2021 고려대학교 일반화학실험I <아보가드로 수의 결정> 과제로 제출하여 만점을 받은 결과보고서입니다.

측정된 데이터를 이용한 유효 숫자를 고려한 계산 과정을 목차 III. Results에 상세히 나열하였고, 과정의 근거를 분자 구조적 관점으로 제시하였습니다. 오차율은 탄소 원자의 형상을 구/정육면체로 하였을 때 각각 20%, 40%로 납득할 만한 수치입니다. 특히 채점자께서 V. Conclusions에 오차의 원인에 대해 참고 문헌에 기반한 스테아르산의 물성에 따른 오차, 분자 퍼텐셜 에너지 등 타 학생들과 구별되는 일목요연하고 논리적인 출처가 인상적이었다고 밝혔습니다. 덧붙여 이를 해결하는 방법으로 처음 OT에 배웠던 유리 기구를 적절히 활용하는 방법까지 제시하였던 것이 만점을 받을 수 있는 원인이었습니다.

VI. Discussion에서는 실리콘 구를 이용한 새로운 몰(mole)의 정의에 대해 <물리학과 첨단기술> 저널을 인용하여 이를 측정하는 공식과 정확도, 한계점 등을 밝혔습니다.

참고문헌(Referene) 또한 적절한 양식을 갖추어 총 8개의 문헌을 인용하였습니다.

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아마 수강자 분들께서 대학교에 처음 입학하며 하는 화학 실험이기에, 당황스럽고 난해할 것입니다. 실험 결과를 이용해 정확한 수식을 이용해 계산하고 최대한 원래의 해에 근접한 아보가드로 수를 계산하는 것이 첫 번째 과제입니다. 또한 오차의 원인을 소개하고 그 해결 방안을 제시하라는 요구가 있을 텐데, 타 레포트에서 실험실의 온도/압력 환경, 실험자의 실험 수행 미숙 등은 누구나 생각할 수 있는 오차이자 계통 오차이고, 해결할 방법 또한 레포트를 통해 밝히기 어렵기 때문에 좋은 점수를 받기 힘듭니다. 본 레포트는 최대한 당연한 오차 원인은 배제하고, 실험 결과에 중대한 영향을 미치는 물리/화학적 성질을 근거로 오차를 제시하였습니다. 끝맺음으로, 참고 문헌에 네이버 지식백과 등 사전을 인용하는 경우가 많은데, 인터넷 문헌은 참고문헌으로서 신뢰성이 낮기도 하며 교수자에게도 별로 좋은 문헌으로 인식되지 않을 것입니다.

본 보고서를 참고하면 '가장 정석적인 화학 실험 보고서'를 쓸 수 있으니, 많은 다운로드 부탁드립니다.

목차

I. Abstract

II. Data
1. Table 1. 주사기 보정
2. Table 2. 스테아르산 용액 한 방울 속에 포함된 스테아르산의 부피

III. Results
1. Table 3. 탄소 원자 1개의 부피
2. Table 4. 아보가드로 수 결정

IV. Calculation & Analysis
1. 주사기 보정
2. 용액 한 방울 당 stearic acid의 부피
3. 탄소 원자 1개의 부피
4. Avogardro 수의 결정

V. Conclusions

VI. Discussion

VII. Reference

본문내용

I. Abstract
본 실험은 물질의 양에 대한 단위인 몰(mole)을 정의하는 Avogadro 수를 결정할 목적으로 수행되었으며, 이를 위해 친수성과 소수성 부분을 모두 갖는 stearic acid 단층막의 두께를 이용하였다. Stearic acid 의 분자 구조와 탄소 원자의 크기를 이용해 총 분자의 개수를 구할 수 있으며, 이를 알려진 몰 질량을 이용해 Avogadro 수를 구할 수 있다. 탄소 원자의 형상을 정육면체와 구로 가정하여 계산한 결과 Avogadro 수는 각각 3.78 × 10!",7.22 × 10!"으로 참값과 약 40%, 20%의 차이를 보였다. 오차의 원인으로는 ① 주사기를 이용해 떨어뜨린 방울의 부피 오차, ② 실험실 환경의 압력 아래 stearic acid 단층막의 압축, ③ stearic acid 내 탄소 원자 직경 추정 오류가 지목되었으며, 이는 각각 micro-pipette 을 이용한 정밀도 개선과 수치 보정을 통해 해결할 수 있을 것으로 사료한다.

<중 략>

V. Conclusions
본 실험은 stearic acid 단층막의 두께와 알려진 분자 구조를 이용하여 Avogadro 수를 측정할 목적으로 시행되었다. 단층막의 두께는 송화 가루가 뿌려진 petri dish 위에 hexane 에 용해된 stearic acid 를 주입하고, 가루의 경계가 이룬 원주의 반경을 이용해 구하였다. 분자 구조는 sp3 hybrid orbital 로 가장 유사한 다이아몬드의 물성을 이용해 탄소 원자 하나의 부피를 구하였다. 탄소 원자의 형상을 각각 정육면체와 구로 가정한 결과 계산된 Avogadro 수는 각각 3.78×1023, 7.22×1023 으로 참값과 각각 37.2%, 19.8%의 오차가 있었다.
오차의 원인에는 다음 세 가지를 지목할 수 있다: ① 주사기를 이용해 떨어뜨린 방울의 부피 오차, ② 실험실 환경의 압력 아래 stearic acid 단층막의 압축..

<중 략>

참고자료

· National Center for Biotechnology Information (2021). “PubChem Compound Summary for CID 5281, Stearic acid” Retrieved on March 30, 2021 from https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Stearic-acid.
· Lee A. Subluskey. (1958) Molecular models with variable bond angles. Journal of Chemical Education. 35(1), 26.
· 이석중, 권민아, 최진수. (2019) 일반화학실험. 북스힐.
· Zumdahl, Decoste et al. (2018) Chemistry Tenth Edition. Cengage Learning.
· 사이언스올. (2015) “상대 오차(relative error)” Retrieved on March 29, 2021 from https://www.scienceall.com/상대-오차 relative-error/.
· Charles A. Lane, D. Edward Burton, and Charles C. Crabb. (1984) Accurate molecular dimensions from stearic acid monolayers. Journal of Chemical Education 1984. 61 (9), 815.
· Frank D. Gunstone, John L. Harwood. (2007) The Lipid Handbook with CD-ROM. CRC Press.
· 이호성, 양인석, 이광철. (2016) 기본 상수를 이용한 단위의 재정의. 물리학과 첨단기술 November 2016, 23-24.