자연과학 자료등록 화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정 등록

자연과학 자료등록 화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정

[자연과학] 화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정

화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정

1. 실험 목적
물 표면에 퍼지면서 단층막을 형성하는 스테아르산의 성질을 이용해서 몰(mole)을 정의하는데 필요한 아보가드로수를 구해 본다.

2. 실험 이론
물(H2O)은 이중 극자의 성질을 갖고 있는 극성 분자이다. NaCl과 같은 이온 화합물은 단위 전하, 즉 Na+와 Cl-로 완전하게 분리되어 있으나, 극성 화합물은 전하가 부분적으로 분리되어 있다(δ(델타) 기호로 표시한다). 극성 분자들 끼리는 서로 끌어당기는데, 한 분자의 이중 극자의 양극(δ+) 끝이 다른 분자의 이중 극자의 음극(δ-) 끝을 당기게 된다. 그래서 물은 이중 극자를 지닌 포름산(H-COOH)을 녹일 수 있으나, 부탄(C4H10)과 같이 이중 극자가 없는 물질은 녹이지 못한다. 만약 이들 성질을 모두 지닌 분자를 물 표면에 가져오면 분자의 극성 부분은 표면에 끌릴 것이며, 비극성 부분은 반발할 것이다. 그런데 비극성 부분이 극성 부분보다 대단히 크다면 그 분자는 물에 녹지 않을 것이며, 탄소 분자들끼리의 반데르발스 힘에 의해 긴 탄소사슬은 표면에 서게 될 것이다.
이 실험에서 사용하는 스테아르산(stearic acid)은 바로 위에서 설명한 행동을 보인다. 스테아르산은 총 18개의 탄소를 갖고 있으며, 카복실기(-COOH)로 되어 있는 극성의 끝과 16개의 메틸렌기(-CH2)로 되어 있으면서 끝에는 메틸기(-CH3)가 붙어 있는 비극성 꼬리를 가지고 있다. 아래에 이 분자를 자세하게 나타내었다.
동물성 지방은 스테아르산을 많이 함유하고 있으며, 스테아르산은 수산화 소듐과 반응시키면 비누의 주성분인 스테아르산의 소듐염이 생성된다. 기름처럼 물에 녹지 않는 물질은 무극성 탄화수소 사슬에 둘러싸이게 되고, 극성을 가진 카복실기는 물에 잘 녹게 된다.
스테아르산을 헥세인에 녹여 물 위에 떨어뜨리면 극성을 가진 카복실기는 물에 잘 달라붙지만 무극성인 탄화수소 사슬은 물과 잘 접촉하지 않으려는 경향이 있다.
따라서 물 위의 헥세인이 모두 증발하면 스테아르산의 카복실기는 물 쪽으로 향하고 탄화수소 사슬은 물 층 위로 서 있는 단분자층, 즉, 단층막(monolayer)이 형성된다.
앞에서 이미 언급한 바와 같이 스테아르산 분자는 18개의 탄소 원자가 연결되어 있다. 이 원자들이 서로 연결된 작은 입방체라고 가정하여 탄소 입방체의 한 모서리의 길이를 구할 수 있고, 모서리 길이의 세제곱은 탄소 원자의 부피가 된다.
탄소 1몰의 평균 질량은 12.011 g이고, 탄소 원자가 촘촘히 쌓여서 만들어진 다이아몬드의 밀도 (3.51 g/cm3)를 이용하면 탄소 원자 1몰이 차지하는 몰 부피(Vmol)를 쉽게 계산할 수 있다.
다이아몬드는 촘촘히 쌓은 탄소 원자가 입방체로 되어 있다고 가정한다.
아보가드로수가 차지하는 부피는 바로 1몰의 부피이므로 아보가드로수는 다음 계산으로부터 얻을 수 있다.

NA 〓〓 원자 개수/mol

아보가드로수 (Avogadro`s Number)
1 mol의 물질입자(분자원자전자이온유리기 등) 속에 들어 있는 입자의 수를 나타내는 것으로 처음에는 기체에 관한 아보가드로의 법칙으로부터 결정되었으나, 분자뿐만 아니라 이온원자 등으로 되어 있는 모든 물질(고체 및 액체도 포함한다)에 대해 적용할 수 있다는 사실이 알려졌다. 아보가드로수는 보통 N으로 표시하며, N 〓 6.02×1023이다. 이 값은 1865년 오스트리아의 로슈미트가 처음으로 결정했으며, 한때 아보가드로수를 로슈미트수라고 한 일도 있으나, 지금은 국제적으로 아보가드로수라 하고, 표준상태 1 mol의 기체 속에 존재하는 분자의 수 N/22400을 로슈미트수라 하여 구별하고 있다.

아보가드로수를 얻는 방법은 라듐의 α붕괴에 의한 헬륨 생성량을 측정하여 구하는 방법, 밀리컨의 기름방울실험을이용한 기본전하량(基本電荷量)의 결정 및 전기분해로부터 얻은 패러데이상수를 함께 써서 구하는 방법, 결정(예컨대, 다이아몬드)의 단위격자를 X선해석에 의해 정확히 결정한 다음,

자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=15022595&sid=leesk55&key=

[문서정보]

문서분량 : 6 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 자료등록 화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정
파일이름 : [자연과학] 화학 및 실험 – 스테아르산의 단층막을 이용한 아보가드로수의 결정.hwp
키워드 : 자연과학,화학,실험,스테아르산,단층막,이용한,아보가드로수,결정,자료등록,및
자료No(pk) : 15022595

답글 남기기 응답 취소