[일반화학실험] 아보가드로 수의 결정

 

이 실험은 물 위에 생기는 기름막을 이용해 아보가드로 수를 계산하는 실험이다.

아보가드로 수란 질량수가 12인 탄소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수를 말한다.

N=6.022x10^23

정의에 따라, 탄소 원자 1몰이 차지하는 부피와 탄소 원자 하나가 차지하는 부피를 안다면, 그 둘을 나눠서 계산할 수 있다.

 

실험에 이용되는 스테아르산 (stearic acid)는 탄소사슬 끝에 카복실기가 붙어있어 극성을 나타낸다. 그렇기에 물에 떨어트렸을 때 극성을 가진 카복실기는 물과 친해 잘 붙지만, 무극성인 탄소사슬 부분은 hydrophobic하므로 물과 잘 붙지 않는다. 그래서 단층막이 형성될 수 있고, 이를 실험에 이용한다.

 

<실험방법>

1. 피펫에 헥세인을 채운 후 헥세인의 부피가 1.00mL가 될 때까지 용액을 떨어트린다. 이 때 피펫을 기울이지 않도록 한다.

2. 시계접시에 물을 채우고, 가운데에 송화가루를 원형으로 조금 뿌려준다. 0.01~0.02g정도의 스테아르산을 헥세인 100ml에 녹여 용액을 만들고, 이 용액의 한 방울을 송화가루 한 가운데에 떨어트린다. 스테아르산이 퍼지면서 원형 기름막이 생긴다.

3. 이 단층막의 직경을 측정한다. 정확한 원형이 아닐 때는 대각선 길이를 여러번 측정해 평균값을 계산한다.

 

 

<실험 결과>

1) 피펫 보정

내 실험 결과에서 1.00mL에 해당하는 헥세인은 102방울이었다. 헥세인 한 방울의 부피는 따라서 9.80x10^-3이라고 볼 수 있다. (1/102)

 

2) 스테아르산 용액 한 방울이 덮은 표면적

단층막의 직경은 2.4cm였고, 이를 제곱하면 단층막의 넓이는 5.76cm^2가 나온다.

 

3) 스테아르산 단층막의 두께

스테아르산 한 방울의 질량은 질량을 방울수로 나눠서 구해준다.

(0.15g스테아르산 / 100mL 헥세인 ) x 9.80 x 10^-3 = 1.47x10-5

단층막의 넓이는 물의 표면적과 같다고 가정해 5.76cm^2이고, 단층막의 두께는 부피/넓이로 구할 수 있다.

따라서 1.56x10-5 / 5.76 =2.7x10^-6

 

4) 탄소원자의 크기와 부피

단층막의 두께로부터 계산한 탄소의 크기를 구할 때, 스테아르산은 탄소원자 18개가 연결된 것으로 가정한다.

2.71 x 10^-6/ 15 = 1.51 x 10^-2

이를 이용해서 탄소 원자가 정육명체라고 가정했을 때의 부피를 구하려면, 위의 값을 세제곱해주면 된다.

=3.44 x 10^-21

 

5) 탄소원자 1몰의 부피

다이아몬드의 밀도 (3.51g/cm^3)로부터 계산한 탄소의 몰부피는

(12.01 g/mol) / (5.51g/ml) =3.42

 

6) 아보가드로 수 계산

Na= Vm/V1 = 3.42 / (3.44x10^-21) = 9.94 x 10^20

 

 

 

궁금해서 찾아본 아보가드로 씨의 사진(초상화)?