일반화학실험 순수한 물질과 혼합물의 녹는점

안녕하세요? 오늘은 일반화학실험 순수한 물질과 혼합물의 녹는점 레포트에 대하여 공유하겠습니다. 

1. 제목

순수한 물질과 혼합물의 녹는점

2. 실험목적

녹는점(Melting point)은 물질 고유의 성질이다. 실험에서 여러 가지 물질의 녹는점을 측정하여 어떠한 물질인가를 확인하고 혼합물의 조성에 따라서 녹는점이 변화하는 현상을 이해한다.

3. 실험이론

1. 순수한 물질 

오직 한가지만의 물질을 포함하는 어떤 균일한 물질이다. 순수한 물질은 원소이거나 화합물을 의미한다. 원소라면 그들을 구성하는 원자가 모두 같고, 만일 화합물이면 특정한 원소의 원자들이 특정한 비율로 결합되어 있다. 순수한 물질은 그 성분에 따라 맛이나 냄새 또는 물에 대한 용해도 등에 있어서 상호차이를 보이고 있다. 같은 종류의 물질만으로 되어있는 물질, 순수한 물질이라고 한다. 

어떤 물질의 녹는점, 끓는점은 구성요소의 혼합비에 따라 달라지며, 성분 액체가 끓어 나옴에 따라 끓는점이 점점 높아진다. 어떤 물질이 순물질인지 아닌지를 알아보려면 물질이 고체인 경우 녹는점을, 액체인 경우 끓는점을 측정함으로써 알 수 있다. 그 외에 스펙트럼 관찰 등의 여러 가지 방법에 의해서도 확인할 수 있다. 

- 총 원소 물질: 한 가지 원소만으로 구성된 물질로 화학적 방법으로 분해되지 않는다. 

- 화합물: 두 종류 이상의 원소나 원자가 화합하여 일정한 성분비를 이루는 물질을 말한다. 분해하면 두 종류 이상의 순물질이 된다. 

2. 혼합물

 

혼합물은 고유의 특성을 지닌 순물질이 둘 또는 그 이상이 섞여 있는 것이다. 혼합물은 균일 혼합물, 불균일 혼합물로 나뉜다. 균일 혼합물은 혼합물 전체가 동일한 조성으로 이루어진다. 균일이나 불균일 혼합물은 물리적 방법에 의해 각 성분 물질을 순물질의 상태로 분리할 수 있다. 이것은 각 입지내의 특정 원자 비율이 변하지 않기 때문이다. 혼합물의 성분들은 화학적 방법으로도 분리할 수 있지만 입자내의 원자비율을 변하게 한다. 화학분석을 하는데 혼합물 내의 각 성분은 새로운 물질로 전환되어 물리적 수단으로 분리되거나 눈으로 쉽게 알아볼 수 있게 한다. 

3. 녹는점

순수한 물질의 고체 상태와 액체상태가 평형을 이루는 온도이다. 고체를 가열하면 그 고체의 온도는 올라가지만, 녹는점에 도달한 이후에는 온도가 변하지 않고 고체에서 액체로 변하게 된다. 고체가 다 녹고 난 후에 계속해서 가열하면 액체의 온도가 높아진다. 결정성 고체의 녹는점은 물질마다 다르므로 순수한 화합물이나 원소를 구별하는 데 이용된다. 

대부분의 혼합물과 비결정성 고체는 일정한 온도에서 녹지 않는다. 고체의 녹는점은 일반적으로 고체가 녹은 액체의 어는점과 같다고 본다. 그러나 액체는 원래의 고체구조와는 다른 결정구조로 얼기도 하고 액체 속에 있는 불순물은 어는점을 낮추기 때문에 실제 어는점은 녹는점과 같지 않을 수도 있다. 따라서 물질의 특성을 구별할 때는 어는점보다 녹는점을 사용하는 것이 좋다. 

녹는점은 결정 격자 에너지와 관계가 깊어서 분자성 결정은 이온성 결정보다 낮은 녹는점을 가진다. 그러나 비결정성 고체에서의 입자들은 결정성 고체와는 달리 입자들 사이에 작용하는 힘이 다르기 때문에 액화되는 온도의 범위가 넓다. 비결정성 고체는 열을 받으면 물렁물렁해지면서 액체가 된다. 유리 등과 같은 비결정성 고체는 열을 받아서 물렁물렁해지기 시작하는 온도와 완전히 녹는 온도의 범위가 섭씨온도로 수백 도의 차이가 있는 경우도 있다. 

4. 끓는점 오름

끓는점은 그 액체의 증기압이 1기압에 이르렀을 때의 온도이므로 증기압이 내려가면 끓는점은 올라가야 한다. 일반적으로 용질이 비전해질이고 비휘발성일 때 용액의 끓는점은 순수한 용매만의 끓는점보다 높아야 할 것이다. 끓는점 오름 정도는 용매의 양을 일정하게 하면 녹인 용질의 몰수와 관계가 있다. 용액의 끓는점 오름을 △t 라하고, 용질의 분자량을 M, 그 용매 1000g 속에 녹아있는 용질의 g 수를 W, 그 용매에 용질 1mol을 녹였을 때의 끓는점 오름(몰끓는점오름이라고도 한다.)을 K라고 하면

M=K*W/△t

의 관계식이 성립된다. 이 식을 이용하면 용질의 분자량을 측정할 수 있다. 

5. 어는점 내림

어는점 내림을 이용하여 물질의 분자량을 측정하는 방법, 빙점 강하법이라고도 한다. 액체에 다른 물질을 녹이면 보통 그 액체의 어는점은 낮아지는 경향이 있다. 이 현상을 어는점 내림이라 한다. 비휘발성 물질을 녹인 묽은 용액, 즉 이상용액에 가까운 경우에 그 어는점 내림의 정도는 몰(mol)수에 비례한다. 이런 관계를 이용하여 용액의 어는점 내림을 측정하고, 원하는 물질의 분자량을 구한다. 용매에 용질을 녹였을 때 일어나는 또 다른 현상은 용액의 어는점이 순수한 용매의 어는점보다 낮아지는 것이다. 이상용액에서는 어는점 내림은 끓는점 오름과 유사한 식으로 표현될 수 있다. 

(어는점 내림=△tfp=kfp*m용질)

여기서 kfp는 어는점 내림 상수이다.

6. 녹는점에 영향을 미치는 인자

1) 반데르발스힘 (Van der waals attraction) 

분자의 접촉면이 크면 클수록 인력이 커진다. 반데르발스 힘(van der Waals force)은 공유결합이나 이온의 전기적 상호작용이 아닌 분자 간, 혹은 한 분자 내의 부분 간의 인력이나 척력을 말한다. 즉, 무극성 분자에서 전자의 운동으로 순간적인 쌍극자가 형성되면 그 옆의 분자도 일시적인 편극이 일어나서 유발 쌍극자가 생성된다. 이런 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자의 인력을 반데르발스 힘이라고 한다

2) 쌍극자-쌍극자 힘 (Dipole-dipole electrostatic attraction)

쌍극자-쌍극자 힘은 한 극성 분자의 양의 끝과 다른 극성 분자의 음의 끝 사이의 인력입니다. 이들은 이온 결합 또는 공유 결합보다 훨씬 약하며 관련 분자가 서로 가까이 있을 때 (접촉 또는 거의 접촉)에만 상당한 영향을 미칩니다. 그림은 쌍극자-쌍극자 힘을 유발하는 극성 염화 요오드 (ICl) 분자의 두 가지 배열을 보여줍니다.

3) 수소결합 (Hydrogen bonding)

수소결합은 분자 간 인력이 크기 때문에 이것을 끊으려면 많은 에너지가 필요하다.

7. 녹는점 범위에 영향을 미치는 요소

1) 물질의 순도  2) 결정의 크기  3) 가열속도  4) 물질의 양

*공융점(Eutectic point):조성이 다른 두 물질의 혼합물 중 최저의 녹는점을 나타내는 온도

8. 라울의 법칙

라울의 법칙에 따르면 어떤 용매에 이 물질보다 덜 휘발적인 용질을 녹이면 그 용액의 증기압력이 감소하고, 반대로 용매에 이 물질보다 더 휘발적인 물질을 녹이면 그 용액의 증기압력이 증가하는데, 이것을 1차 선형 관계로 가정하여 법칙으로 만든 것이다. Raoult의 법칙 방정식은 아래와 같습니다. 

ΔP = P용매 × X용질

ΔP = P용매 - P용액

P용매 = 순수한용매의 증기압력

X용질 = 용질의 몰분율

4. 실험과정

1. 녹는점 측정기 사용에 대한 지식을 습득한다.(기본원리와 사용법)

2. 각 조마다 순수한 두 물질과 조별로 배분된 미지의 혼합물의 녹는점을 측정한다.

3. 각 조마다 혼합물의 녹는점을 종합하여 미지의 혼합물의 % 조성을 구한다. 

1) 소량의 시료를 유산지에 담아 미세하게 분쇄한다. 

2) 유리판에 시료를 올려놓고, 다시 유리판 하나를 덮은 후 녹는점 측정기의 둥근 판에 놓는다. (시료를 가운데로 모은다)

3) 녹는점을 측정한다.

4) 녹는점 측정기를 식힌다.(약 20℃까지 충분히 식힐 것)

5) 다른 시료를 사용하여 녹는점 측정을 반복한다. 

4. 녹는점과 조성 간의 그래프를 작성한다. 

5. 참고 문헌

1. 대학화학실험: 한양대학교 화학교재 연구회 P.49~54

2. 최신일반화학: JOHN C. KOTZ, KEITH F.PURCELL P.29,48

3. 일반화학: ATKINS P.W 화학교재 편찬회 P468~469

4. 화학2: 박택규,정규철,김우탁(박영사) P.301~302

오늘은 일반화학실험 순수한 물질과 혼합물의 녹는점 레포트에 대하여 공유 드렸습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.