일반화학실험 - 아보가드로수의 결정
분야
hwp⑴ 아보가드로의 수
일반적으로 시료에는 너무 많은 원자들이 있어서 원자를 세는 단위로 몰(mole)을 이용한다. 몰은 정확히 12g의 순수한 중에 들어있는 탄소 원자수와 같은 수라고 정의 한다. 질량 분석기를 이용하여 구해 낸 수를 아보가드로의 수라고 한다.
아보가드로의 수를 구하는 방법에는 다음의 세 가지가 있다.
ⅰ. 라듐의 α붕괴에 의한 헬륨 생성량을 측정하여 구하는 방법
∎ 라듐의 α입자(He이온)의 방출속도 n과 일정시간 t초에 얻는 헬륨의 생성량 사이에서 구한다.
ⅱ. 밀리컨의 기름방울 실험을 이용한 기본 전하량의 결정 및 전기분해로부터 얻은 패러데이 상수를 함께 써서 구하는 방법
∎ 대전된 기름방울의 미량입자를 낙하시켜 그 속도에서 전기소량 e를 구하고 이것과 패러데이 상수 F와의 사이에서 구한다.
ⅲ. 결정(예, 다이아몬드)의 단위격자를 X선 회절법을 시용하여 정확히 결정한 다음, 그 속의 원자수를 구하는 방법
∎ X선 회절을 이용하여 단결정의 단위격자의 격자상수를 결정하고 그 격자 내에 포함되는 원자 또는 분자 수에서 구한다.
⑵ 아보가드로의 수를 측정에는 여러 가지 방법이 있지만, 본 실험에서는 사용하는 방법은 실험실에서 가장 쉽게 수행 할 수 있는 방법으로 분자의 실제 크기를 측정하여 1mole에 존재하는 분자의 수를 결정하여 아보가드로의 수를 확인하는 방법이다. 분자량이 284.47인 스테아르산 분자의 깊이를 측정하게 된다. 스테아르산 분자의 한 쪽 끝을 친수성을 갖는 카르복실기를 가지고 있는 다른 쪽 끝을 비극성인 탄화수소 사슬로 이루어진 전형적인 기름 분자를 갖고 있다. 카르복실기는 물에 끌려서 녹는 경향이 있는 반면 탄화수소 부분은 물에 끌리지 않으며 따라서 거의 녹지 않는다. 이러한 형태를 가진 화합물이 물과 접촉하게 되어 물의 표면에 퍼지게 되며, 그 결과 표면에 스테아르산 층이 한 분자 두께로 형성된다. 즉 스테아르산 분자의 카르복실기의 끝은 물을 향해 배열되고 탄화수소 끝은 물 표면으로부터 멀리 배열하게 된다. 이 때 이루어진 필름의 두께는 대략적인 분자의 길이와 같다. 따라서 얻어진 필름의 두께로부터 분자의 크기를 알게 되면 아보가드로의 수를 계산할 수 있다.
ⓐ 대학화학실헙법 p37
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