[물리화학실험]액체의 점도 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) Cannon Fensk 점도계를 장치한다.

2) 피펫으로 증류수를 주입구를 통해 G 라인을 넘지 않게 점도계에 넣는다.

3) 점도계를 항온조에 넣고 열평형이 이루어 질 때까지 기다린다.

4) 액체를 A 조금 넘을 때 까지 끌어 올린다.

5) A부터 C까지의 흘러내리는 시간을 측정 한다.

6) 에탄올을 가지고 2)부터 되풀이 한다.

 

실험 결과

1. Data sheet

Table 1. C에서 E까지 액체가 흘러내리는 시간

	25℃ 물(증류수)	25℃ 에탄올	50℃ 물(증류수)	50℃ 에탄올
1차시	2:29:53	3:47:85	1:34:67	2:38:72
2차시	2:29:62	3:50:14	1:35:35	2:40:49
3차시	2:29:09	3:48:90	1:35:15	2:39:07
평균	2:29:41	3:48:96	1:35:06	2:39:43

Table 2. 물과 에탄올의 온도별 밀도

	25℃ 물(증류수)	25℃ 에탄올	50℃ 물(증류수)	50℃ 에탄올
밀도(g/㎤)	0.99705	0.78522	0.99	0.76545

graph 1. 온도별 에탄올의 밀도

25℃ 일 때 에탄올의 밀도 : 0.78522 g/㎤

50℃ 일 때 에탄올의 밀도 : 0.8047e-0.001x = 0.8047e-0.001×50 = 0.76545 g/㎤

 

graph 2. 온도별 물의 밀도

30℃후반까지 소수점 셋째짜리 뒤만 바뀌므로 둘째짜리까지만 보면 50℃일 때 물의 밀도는 0.99g/㎖라고 볼 수 있다.

25℃ 일 때 물의 밀도 : 0.99705 g/㎖

50℃ 일 때 물의 밀도 : 0.99 g/㎖

 

2. 25℃의 에탄올 점도구하기

물질2를 기준 액체로 보고 η2을 1로 잡는다.

(η1 : 25℃에탄올, η2 : 25℃물)

25℃ 물의 절대 점도 0.00894poise 를 사용하여 각각의 온도에서의 절대점도를 계산.

= 1.20685 × 0.00894P = 0.01079poise

∴ 25℃의 에탄올의 절대 점도는 0.01079 poise 이다.

 

3. 50℃의 물/에탄올 점도구하기

물질2를 기준 액체로 보고 η2을 1로 잡는다.

(η1 : 25℃에탄올, η2 : 25℃물)

= 0.63174

 

25℃ 물의 절대 점도 0.00894poise 를 사용하여 각각의 온도에서의 절대점도를 계산.

= 0.63174 × 0.00894P = 0.005647poise

∴ 50℃의 물의 절대 점도는 0.005647 poise 이다.

 

 

= 0.81920

 

25℃ 물의 절대 점도 0.00894poise 를 사용하여 각각의 온도에서의 절대점도를 계산.

= 0.81920 × 0.00894P = 0.007324 poise

∴ 50℃의 에탄올의 절대 점도는 0.007324 poise 이다.

Table 3. 각각의 온도에서 액체의 절대점도

	25℃ 물(증류수)	25℃ 에탄올	50℃ 물(증류수)	50℃ 에탄올
절대점도(poise)	0.00894	0.01079	0.005647	0.007324

 

4. 오차율 구하기

Table 4. 각각의 온도에서의 액체의 실험값과 이론값 그리고 오차율

용매	온도(℃)	이론값(poise)	실험값(poise)	오차율(%)
물	25	0.00894	0.00894
	50	0.00549	0.005647	2.860
에탄올	25	0.01074	0.01079	0.466
	50	0.00670	0.007324	9.313

 

오차율(%) = |(이론값-실험값)/이론값|×100%

50℃ 물 → |(0.00549-0.005647)/0.00549|×100% = 2.860%

25℃ 에탄올 → |(0.01074-0.01079)/0.01074|×100% = 0.466%

50℃ 에탄올 → |(0.00670-0.007324)/0.00670|×100% = 9.313%

 

graph 3. 온도에 따른 물의 점도

graph 4. 온도에 따른 에탄올의 점도 

graph 5. 온도에 따른 물과 에탄올의 점도 

graph 6. 온도에 따른 물과 에탄올의 점도(실험값+결과값)

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험은 Cannon Fenske 점도계법을 이용하여 액체의 점도를 결정하고, Cannon Fenske을 사용하여 점도에 미치는 온도의 영향도 아울러 구명하는데 목적을 둔 실험이었다.

Cannon-Fenske 점도계를, 수조를 나눠주면서 물을 담아오라고 하셨다. 그래서, 받아온 수조에 서모스텟이라는 자동온도조절기를 끼워 넣어 25℃를 조절하고 항온을 시작했다. 여기서 온도가 올라가는 것을 지켜보면서 부피플라스크에 반 정도 증류수를 담고 온도계를 함께 집어넣어 수조에 담았다. 그 이유는 수조에 담긴 물이 25℃로 항온이 되었다하더라도 그 수조에 넣은 다른 기구 안에 있는 액체가 바로 25℃가 되진 않기 때문이다. 

그렇기 때문에 부피플라스크를 넣는 이유는 온도 25℃로 항온이 잘되었는지를 확인하기 위함이다. 그 뒤에 Cannon-Fenske 점도계에 10㎖의 증류수를 넣고 피펫을 작은 구멍에 피펫을 끼운다. 피펫을 이용해 C점 위에까지 증류수를 끌어올리고 25℃로 항온을 하고 있는 수조에 같이 넣어둔다. 부피플라스크에 있는 온도계가 25℃가 되면 끼웠던 피펫을 빼고, 작은 구멍을 손가락으로 막은 다음 C점 위에 증류수가 올라와 있는 것을 확인하고 손가락을 땐다. 증류수가 C점에 왔을 때 스톱워치를 시작하고, E점을 지날 때 스톱워치를 멈춘다. 

이렇게 3번 반복하고, Cannon-Fenske 점도계에 있는 증류수를 모두 버리고 에탄올 10㎖를 넣는다. 하지만 이 과정에서 생각 보다 너무 오래 걸렸다. 그 이유는 초자 그림을 보면 J점을 지나는 부분은 액체가 잘 빠지지 않는다. 또한 B부분부터 E부분 까지도 액체가 모두 내려가는데 너무 오랜 시간이 걸렸다. 25℃의 실험이 모두 끝나고도 또 50℃로 항온 시키는 데에 엄청난 시간이 걸렸고, 그 시간을 줄이기 위해 수조에 있는 물을 퍼내고 뜨거운 물을 부어 온도를 더 빠르게 올렸다. 

그러나 50℃ 항온까지는 다른 조보다 우리조가 가장 앞섰지만 50℃ 에탄올을 실험하는데, 갑자기 이상하게 에탄올이 너무나 느리게 흘러내려가고 실험을 할수 없을 정도로 4~5분넘게 걸렸다. 그래서 우리 조는 다시 실험했고, 그 때는 원래대로 돌아왔지만 이미 너무 그 부분에서 시간을 많이 빼앗겼다. 그렇지만 침착하게 실험을 해나갔고, 실험시간 3시간을 딱 채워서 끝났다.

본 실험을 정리하면, 물의 점도가 분자량과 관련이 많다는 것과 분자량이 증가하면 점도도 함께 증가한다는 것을 알게되었다. 그리고 항상 알고 있었던 물의 수소결합이 물의점도에 영향을 준다는 사실도 세삼 느끼게 되었다. 이것은 분자와 분자간의 인력이나 원자나 원자간의 인력이 그만큼 점도에도 크게 영향력을 끼친다는 것이었다. 실험을 하나하나하면서 알고있던 지식이 이렇게 적용되는구나 라는 것을 세삼느꼈고, 첫 실험을 성공적으로 마친거 같아 뿌듯했다.

 

2. 오차의 원인

1) 증류수를 실험하고 에탄올로 교체하는 과정에서 Cannon Fensk 점도계에서 흘러나오지 못한 증류수가 에탄올과 섞여서 에탄올의 농도를 낮춰 밀도가 달라졌을 수 있다.

2) 스톱워치를 사용할 때 정확히 C점과 E점이 지나는 곳에서 시작하고 멈춰야 하는데, 3번씩 실험을 했지만 조금 늦거나 빨라서 실험값이 달라졌을 수 있다.

3) 실험을 하면서 느낀 거지만 액체를 바꿔가면서 실험을 할 때 Cannon Fensk 점도계가 중간에 아주 조그만 C점같은 부분이나 A밑에 부분이 액체를 행구거나, 교체하는 과정에서 구멍을 막아서 다음 실험을 하는데 액체가 흘러내리는 속도에 영향을 주어 정확한 시간을 측정하는데 오류를 주었을 확률이 크다.

 

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