일반화학실험 밀도

안녕하세요? 오늘은 일반화학실험 밀도에 대해서 공유하겠습니다. 부족한 자료지만 학습하시는 데 도움이 되셨으면 좋겠습니다. 

1. 제목

밀도

2.실험목적 

단위 부피당의 질량으로 표시되는 밀도의 개념과 측정법을 이해함으로써 자연과학에서 두 물체를 비교하는 과학적이고 합리적인 개념을 숙지한다. 

3. 실험이론

1. 밀도

단위부피당의 질량으로 정의되는데 이때의 질량을 일반적으로 g으로 나타내며, 부피는 cc 또는 ml로 나타낸다. 밀도는 물질의 부피와 질량을 측정하여 이 질량을 부피로 나눔으로써 구할 수가 있다. 밀도 공식은 아래와 같다.

 d=M/V

여기서 d는 밀도, M은 질량, V는 부피이다. 밀도는 일반적으로 입방 센티미터 당 그램 단위로 표시된다. 예를 들어, 물의 밀도는 1g/㎤ 이고 지구의 밀도는 5.51g/㎤ 이다. 밀도는 입방 미터당 킬로그램 (MKS 또는 SI 단위)으로 표현할 수도 있다. 예를 들어 공기 밀도는 1.2kg/m3입니다. 

물질의 밀도는 그 물질의 특성이다. 밀도는 질량을 부피로 또는 부피를 질량으로 환산하는 데 이용된다. 밀도는 온도에 따라서 변화하므로 밀도를 측정할 때에는 반드시 시료 온도를 함께 측정하여야 한다. 특히 기체의 밀도는 온도에 매우 민감하다.

2. 밀도측정 

밀도를 측정하기 위해서는 시료의 질량과 부피를 측정하여야 한다. 질량과 부피의 측정은 화학실험에서 가장 기본적인 조직이다. 0.01g 정도의 정밀도를 요구하는 측정에는 어림 저울이 사용되고, 더욱 정밀한 질량의 측정에는 화학저울과 같이 정밀한 저울이 사용된다. 

3. 부피측정 

부피의 측정에는 눈금실린더, 뷰렛, 피펫 등이 사용되며, 눈금실린더보다는 뷰렛이나 피펫이 정밀도가 높은 측정 장치이다. 비커나 플라스크에 표시된 눈금은 정밀도가 매우 낮으므로 정확한 측정이 필요한 경우에는 절대로 사용하여서는 안 된다. 액체의 부피는 실린더 속에 액체의 시료를 부은 다음 액체 표면의 위치를 관찰하여 측정한다. 메니스커스라고 불리 우는 오목한 표면형태를 나타낸 액체는 메니스커스의 가장 낮은 부분을 관찰하여 읽었을 때 액체의 부피를 알 수 있도록 눈금이 보정되어 있다. 

-내연장법에 대하여

그림 (b)에서 메니스커스의 위치는 15mL 눈금에 일치한다. 그러나 그림 (c)에서는 메니스커스의 위치가 특정한 눈금에 일치하지 않고 눈금 사이에 있다. 이러한 경우에 메니스커스 위치는 측정에서 매우 중요한 방법인 내연장법(interpolation)에 의하여 결정한다. 

내연장법은 메니스커스를 사이에 둔 두 눈금을 눈대중으로 10 등분하여 메니스커스의 위치를 결정하는 방법을 말한다. 고립에서 메니스커스는 16.4mL 위치에 있음을 나타낸다. 이 내연장법은 부피측정에 있어서 매우 중요하다. 내연장법에 의해 읽을 수 있는 유효숫자 수는 부피측정 기구를 어떻게 검정했느냐에 달려 있다.

4. 질량 & 무게측정 

질량과 무게는 엄밀한 의미에서는 서로 다르지만, 흔히 구별하지 않고 사용한다. 무게는 중력장에 의한 힘으로부터 결정되는 양으로 중력장의 크기가 변화하면 다른 값을 가지게 되며, 스프링을 사용하는 저울을 사용하여 측정할 수 있다. 그러나 질량은 중력장의 세기와 무관한 물체의 고유한 물리적 성질이다. 질량은 같은 중력장 표준화된 저울추와의 무게를 지렛대의 원리를 사용하여 비교함으로써 얻을 수 있다. 

5. 비중

비중은 ‘상대밀도’라고도 한다. (표준물질에 대한 어떤 물질의 밀도의 비) 고체와 액체는 일반적인 표준은 4℃의 물이다. 물의 밀도는 4℃에서 1,000kg/l이다. 기체의 경우, 보통 건조한 공기와 비교하는데, 건조한 공기의 밀도는 표준상태(0℃,1기압)에서 1.298g/l이다. 비중은 같은 단위를 가진 두 양의 비율이므로 단위가 없다. 

부력과 비중은 깊은 관련이 있다. 어떤 물질의 비중이 유체보다 작으면 그 물질은 유체 위에 뜨게 된다. 한 물질의 비중은 서로 다른 시료에서도 그 시료가 순수하고 조성이 같으며 빈 곳이나 함유물이 없다면 같은 값을 가진다. 그래서 비중은 미지의 물질을 확인하는 데 이용된다. 비중은 역사를 통해서 광석을 선광하는 데 이용된 기본적인 방법이다. 비중의 차이를 이용하는 선광법에는 패닝, 지깅, 쉐이킹, 나사선형 선광, 중액선광 등이 있다. 

비중은 쉬운 방법으로 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 화학과 공업에 널리 사용된다. 비중을 측정하는 기구로는 졸리저울, 웨스트팔 저울, 비중병, 액체 비중계 등이 있다.

 

-비중선광에 대하여

광석에서 맥석광물의 비중은 금속광물의 비중보다 낮다. 따라서 각 광물 고유의 비중차이를 이용한 선별법을 비중선광이라 한다. 비중이 서로 다른 입자를 분리하기 위해서는 입자가 어느 정도 움직일 수 있는 상태를 유지해 주어야 한다. 따라서 비중선광법을 이용할 때는 공기와 물을 이용한다. 물을 사용하지 않는 선광법을 건식법, 물을 사용하면 습식법이라 한다. 습식비중 선별법에는 중액을 이용하여 부침 분리시키거나, 맥동수류, 난류, 막류를 이용하여 선광한다.

4. 실험 과정

1. 물의 밀도측정

1)10ml Graduated Cylinder를 건조한 후 0.01g까지 측정한다.

2)Cylinder에 물 9mL를 따르고 0.01mL까지 측정한다. 

3) 1)과 2)를 0.001g까지 측정=>물의 질량과 밀도를 계산한다. 

4)물 8mL를 넣고 위 과정을 반복한다. 

5)밀도의 평균값을 구한다.

2. 금속 foil의 두께측정

1)가로와 세로의 길이가 각각 10~15cm인 사각형으로 금속 foil을 자른다.

2)휴지로 foil을 닦는다. (손의 기름때를 제거하기 위해)

3)foil을 접어서 무게를 잰다.(공기를 완전히 제거할 것)

4)두께를 계산한다. 

V=질량/밀도 (밀도=2.7g/cm^2)

따라서 V=At(A:단면적, t:두께)

3. 동전의 두께

1)동전의 지름을 1mm까지 측정

2)질량측정후 동전의 부피계산 V=πr^2*t

3)동전의 밀도를 가지고 부피를 계산한다.

4)3)에서 측정된 V를 2)에 대입하여 t를 계산한다. 

5. 참고문헌

1)일반화학실험: 대학화학교재연구회(학문사) P49~52

2)일반화학실험: 조기형, 이공주(학문사) P62~63

3)일반화학실험: 신진수 외 5명(신광문화사) P57~59

4)일반화학실험: 한양대학교 화학교재 연구회(한양대학교 출판사) P39~43