실험5. 몰질량의 측정
[실험목표]
이상기체 상태방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 기체의 몰질량을 결정한다.
[실험원리]
(1) 몰질량의 측정
원자나 분자는 매우 작은 입자이기 때문에 질량을 직접 측정하는 것은 매우 어렵다. 그래서 상대적인 방법을 사용한다. 즉, 질량수 12인 탄소의 원자 몰질량을 12라고 정의하고, 이 동위원소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수를 아보가드로 수라 하며, 아보가드로 수만큼의 원자 또는 분자를 1몰이라고 정의한다. 따라서 분자의 몰질량도 1몰에 해당하는 분자의 질량을 탄소원자 1몰의 질량과 비교하여 결정한다.
그 중에서 간단하게 몰질량을 측정할 수 있는 방법으로, 기체의 상태방정식을 이용한다. 대부분의 기체는 상온, 상압에서 이상기체 상태방정식을 만족하기 때문에 기체의 부피, 온도, 압력과 함께 용기를 가득 채우는 데에 필요한 물질의 질량(W)를 측정하면 이상기체 상태방정식으로부터 몰질량 M을 계산할 수 있다.
PV = nRT = (W/M) RT
P : 대기압 (1atm)
V : 플라스크의 부피
n : 몰수
R : 기체상수 (0.082atm·L/mol·K)
T : 기체가 기화되는 온도
(2) 이상기체 상태방정식
1. 압력과 부피의 관계 – 보일의 법칙
: 온도(T)와 양(n)이 일정할 때 이상기체의 부피(V)는 적용되는 압력(P)에 반비례한다.
V∝1/P (T,n은 일정), 즉 PV=k
2. 온도와 부피의 관계 – 샤를의 법칙
: 이상기체의 부피(V) 가 압력(P)과 양(n)이 일정할 때 절도온도(T)에 일직선으로 변한다.
V∝T (P와 n은 일정), 즉 V=kT
3. 양과 부피의 관계 – 아보가드로 법칙
: 온도(T)와 압력(P)이 일정할 때 양(n)에 일직선으로 이상기체의 부피가 변화한다.
V∝n (T와 P는 일정), 즉 V=kn
4. 이상기체 법칙
: V∝1/P, V∝T, V∝n → PV∝nT
방정식으로 나타내면
PV = nRT = (W/M) RT
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2012.02.29
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