[화학및 실험2] 1주차 결과보고서, 기체의 확산 법칙

Graham의 법칙을 실험적으로 계산해서 확인하는 실험입니다!

1. 실험 목적 

다양한 방법으로 분자량이 다른 기체들의 확산속도를 측정하여 확산의 개념을 이해하고 Graham의 법칙을 확인한다.

2. 실험 이론 

<조사할 내용>
1) 기체분자운동론
2) 확산과 확산속도
3) Graham의 확산 법칙 (Graham's law of diffusion)

(2-1주차 예비보고서에서 작성)

https://devlawyer.tistory.com/53

[화학및 실험2] 1주차 예비보고서, 기체의 확산 법칙

3. 실험 방법

(★ 주의: 모든 실험은 후드에서 진행되어야 한다. ★)

3-A. 산·염기 반응을 통한 기체 확산속도 측정

1. 클램프를 사용하여 유리관을 수평이 되게 스탠드에 고정한다.
2. 탈지면 뭉치 2 개를 준비하여 페트리 접시 위에 둔다.
3. 스포이드를 이용하여 동시에 한쪽 탈지면에는 HCl (aq)을 15 방울, 다른 쪽

에는 NH4OH (aq) 15 방울을 가하고 유리관 양쪽 끝에 넣어준 후 호일과 파 라필름으로 구멍을 막아준다.
(탈지면을 유리관에 넣음과 동시에 타이머를 작동시킨다.)

4. 유리관을 잘 관찰하여 처음에 흰색 고리가 생겼을 때의 시간을 기록한다.
5. 고리가 생겼다면, 탈지면과 흰색 고리 사이의 거리를 측정한다.
6. HCl과 diethylamine 용액에 관해서도 위와 동일한 방법으로 실험을 진행한다.

3-B. 분자량이 다른 염기성 물질의 기체확산 속도측정

1. 리트머스 종이 끝에 증류수를 살짝 묻혀 시험관 내부에 리트머스 종이를 끝 까지 집어넣어 고정한 뒤 건조시킨다.

2. 페트리 접시에 탈지면을 놓고 스포이드를 이용하여 NH4OH (aq) 5방울을 떨 어뜨린다.

3. 떨어뜨린 탈지면 위에 리트머스 종이가 들어 있는 시험관을 뒤집어 세운다. (이때, 리트머스 종이에 탈지면이 닿지 않도록 주의한다.)

4. 리트머스 종이의 색 변화 범위를 관찰하여 25초 동안의 확산거리를 측정한다. 5. 이 과정을 한 번 더 반복한다. (총 2회)
6. Diethylamine과 triethylamine 용액에 대해서도 각각 2회씩 측정한다.

 

4. 기구 및 시약

스탠드. 클램프, 시험관, 유리관 (지름 1.5 cm, 길이 70 cm), 호일, 스포이드, 탈지면, 자, 리트머스 종이 (붉은색), 핀셋, 페트리 접시, 진한 HCl, 진한 NH4OH, diethylamine, triethylamine

 

5. 실험 과정

실험A.

실험 A 산·염기 반응을 통한 기체 확산속도 측정

 

저거 리트머스 종이 붙이는데 진짜 힘들다

물 묻혀서 붙여야되는데 .. 핀셋으로 누르다가 실린더 하나를 뽀갰다ㅎ...

다들 조심하도록하자!

 

기체마다 분자량이 다르기 때문에 위로올라는 속도가 다르다

같은시간내에 얼만큼 리트머스 종이가 변했는지 체크해서 기록해두자.

실험 B.

실험 B 분자량이 다른 염기성 물질의 기체확산 속도측정

만나는 지점에 체크표시를 해야하는데..

이게 실제로 관찰하기가 힘들다 들었는데... 겨우했다..

 

6. 실험 결과

6-1. 실험 A

실험 A의 결과표

6-2. 실험 B

실험 B의 결과표

7. 관찰과 결과 분석

7-1. 실험 A에서 HCl과 NH3의 분자량을 이용하여 확산속도 비(HCl/NH3)의 이론값을 계산하시오.이때 소수점 아래 셋째자리까지 구하시오. (HCl 분자량: 36.46 g/mol, NH3 분자량: 17.03 g/mol)

0.683

HCl과&nbsp;NH3의 확산속도 비와 오차율

7-2. 실험 A의 결과를 이용해 HCl과 NH3의 확산속도 비(HCl/NH3)를 계산하고, 이론값과의 오차율(%)을 구하시오(계산과정 포함). (HCl 분자량 : 36.46 g/mol, NH3 분자량 : 17.03 g/mol)

1. 이론값 = (NH3분자량/ HCl 분자량) ^ (1/2)
= (17.03/36.46)^(1/2)
= 0.683
실험값 = (실험A의 HCl 확산속도) / (실험A의 NH3 확산속도)
= 0.15948 / 0.23923
= 0.667

HCl과 NH3의 확산속도 비(HCl/NH3) = 0.667
|이론값 - 실험값|x 100 / 이론값
= |0.683- 0.667| x100 / 0.683
= 2.453%

7-3. HCl/Diethylamine으로 실험 A와 같이 수행한다고 가정할 때 예상되는 이동 거리(전체 80.0 cm)와 확산 속도비를 계산하여라.

(HCl 분자량:36.46 g/mol, diethylamine 분자량:73.14 g/mol, triethylamine 분자량: 101.19 g/mol)

 7- 4. HCl/Triethylamine을 실험 A와 같이 수행한다고 가정할 때 예상되는 이동 거리(전체 80.0 cm)와 확산 속도비를 계산하여라.

(HCl 분자량:36.46 g/mol, diethylamine 분자량:73.14 g/mol, triethylamine 분자량: 101.19 g/mol)

HCl / triethylamine 이동 거리와 확산 속도비

7-5. 실험 B에서 V1 = NH3의 평균확산속도, V2 = diethylamine의 평균확산속도, V3 = triethylamine의 평균확산속도라고 하자. V1:V2:V3의 실험값과 이론값을 계산하고(계산과정 포함) 이와 같은 속도차이가 나는 이유에 대하여 간단히 설명하시오. (NH3 분자량: 17.03 g/mol, diethylamine 분자량: 73.14 g/mol, triethylamine 분자량: 101.19 g/mol)

1. 실험값 V1 : V2 : V3 계산과정
V1/V2 = 실험 B의 NH3의 평균확산속도 / 실험B의 diethylamine의 평균확산속도
= 0.255/ 0.236
= 1.08
V3/V2 = 실험B의 triethylamine의 평균확산속도/ 실험B의 diethylamine의 평균확산속도
= 0.208/ 0.236
= 0.881
V1 : V2 : V3 = 1.08 : 1 : 0.881

이론값 V1 : V2 : V3 계산과정
V1/V2 = (diethylamine 분자량 / NH3 분자량)^(1/2)
= (73.14 / 17.03)^(1/2)
= 2.07
V3/V2 = (diethylamine 분자량 / triethylamine 분자량)^(1/2)
= (73.14 / 101.19)
= 0.850
V1 : V2 : V3 = 2.07 : 1 : 0.850

 

V 1 :V 2 :V 3 의 실험값과 이론값, 오차율

 

7-3 A. 속도차이가 나는 이유

속도차이가 나는이유 (오차발생원인)
1. NH3 평균확산속도비 차이가 많이 나는데 실험B에서 NH3의 확산속도를 측정할때 오차가 많이 발생한 것 같다.
다른 기체들의 비해 빠르게 올라가야하는데 당시 리트머스종이에 물을 많이 묻혀서 시험관내에 수증기들로 인해 확산속도가 느려졌
다.
2. NH3 확산속도(다른 기체들도) 측정당시 탈지면에 묻히자 마자 시험관을 바로 덮지 못해서 확산속도 측정에 오차가 발생했을 것이다.
(NH3는 휘발성이 강해 온전히 5방울만큼의 기체로 실험하지 못했을 것이다)
3. 온도가 높을수록 확산속도가 빨라지는데, 실험실의 온도가 실험에 영향을 주었을것이다. 유리관을 손으로 만졌기 때문에 체온으로 인해서 오르고 당시에 여름날씨로 인해 상온이 높았었다. 전체적으로 온도가 올라가 이론값에 비해 확산속도가 빨라졌을 것이다.

 

4. 실제 실험에서는 기체분자운동론에 따르는 이상적인 기체운동을 하지않는다. 분자간 충돌하면서 에너지가 늘어날 수도 손실될 수도 있기 때문에 속도가 이론적인값에 정확히 나오지 않을 것이다. 

(위와같은 이유때문에 그레이엄의 확산법칙에는 농도와 온도와 관련이 없다!! only 분자량)

(온도가 높아져서 확산속도가 빨리지더라도 같은 비율로 빨리지기때문에 의미가 없다.)

5. 아마 네임펜으로 체크표시하를 하고 cm를 측정할때 육안으로 확인하여 측정오차가 발생 했을 것이다.

 

8. 후기

8-1. 첫주차라 OT도 진행하고 조원도 어색해서 그런지 어수선한 분위기였네요

8-2. 늦게나마.. 2학기도 다들 화이팅!! (혹시라도 이글을 보면서 보고서를 쓰시는 분들에게)