과학 동아리 기체의 분자량 측정 실험, 이상기체 방정식의 활용

이상기체 방정식을 이용하면 기체의 분자량을 측정할 수 있습니다.

한 시간 정도면 수행할 수 있는 실험으로 어렵진 않지만 화상을 입지 않도록 유의하세요.

이상 기체 방정식과 실제 기체 방정식

이상 기체 방정식은 기체의 상태를 설명하는 방정식입니다. 하지만 실제 기체에 적용하기에는 무리가 있는데요. 이는 이상 기체는 가상의 기체이기 때문입니다. 이상 기체와 이상 기체가 되기

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준비물

아이소 프로판올(iso-propanol)

아이소 프로판올은 휘발성이 좋은 액체로 몰질량이 60.1g이고 끓는점이 82.6℃로
공기보다 밀도가 크고 물이 끓기 전 먼저 기화하므로 이 실험에 적합한 물질입니다.

둥근 바닥 플라스크, 눈금실린더, 비커

은박지, 스탠드, 핫플레이트

1. 둥근 바닥 플라스크에 은박지로 덮개를 씌운 후 바늘로 작은 구멍을 뚫는다.

2. 1의 플라스크의 질량(w₁)을 측정한다

3. 1의 플라스크에 아이소 프로판올을 약 1mL 정도 넣는다.

4. 아래와 같이 실험 장치를 꾸미고 플라스크를 물 중탕하여 가열한다.

5. 플라스크 안의 액체가 모두 기화되기를 기다린다.

6. 이때 물의 온도(T)를 측정한다.

7. 5의 플라스크를 실온에 두거나 찬 물에 넣어 아이소 프로판올을 다시 액화시킨다.

8. 7의 플라스크의 겉면에 묻은 물기를 모두 제거하고 질량(w₂)을 측정한다.

9. 플라스크에 물을 가득 채운 후, 눈금실린더를 이용하여 물의 부피(V)를 측정한다.

10. 실험실 기압(P)을 측정한다.

이상 기체 방정식을 적용하면 PV=nRT입니다.

n = w(질량)/M(분자량) 이므로

이를 대입한 후 M에 대해 정리하면

M = wRT/PV 되지요.

실험을 통해 측정한 값을 대입하면 분자량을 구할 수 있습니다. 기체의 질량은 w₂-w₁로 구할 수 있답니다.(실험과정 참고)