[일반화학실험]질량 측정과 액체 옮기기(Measuring Weight and Volume) 2부

실험 방법

실험을 하기 전에 “화학 실험의 기본 사항”을 충분히 익히도록 한다.

1. 무게 측정

1) 실험에 사용할 저울의 제조회사와 모델, 측정 용량 (최대 측정 무게), 측정의 정밀도를 조사하고 ‘실험 결과’에 적는다.

2) 사전에 올바른 저울 사용법을 충분히 익힌다. 

2. 피펫을 이용한 액체의 이동

1) 사전에 고무 채우게(filler)와 피펫의 사용법을 충분히 익힌다.

2) 고무 채우게를 사용해서 증류수를 피펫에 반 정도 채운 다음, 피펫을 옆으로 기울여서 돌려가면서 피펫의 안쪽 면을 헹구어주고 사용한 증류수를 버린다. 피펫의 안쪽에 증류수 방울이 남아있으면 피펫을 세제를 이용해서 깨끗하게 씻어내고 다시 증류수로 깨끗하게 헹군다.

3) 저울 위에 비커를 올려놓고 무게를 측정한다.

4) 고무 채우게를 사용해서 피펫의 가장 위쪽 눈금 위까지 증류수를 채운다. 피펫에 용액을 채울 때는 공기가 빨려 들어가지 않도록 피펫의 끝이 항상 용액 속에 잠겨 있도록 해야 하고, 채우게 속으로 용액이 빨려 들어가지 않도록 해야 한다.

5) 정확하게 2.00㎖의 증류수를 저울 위에 올려놓은 비커에 옮기고 무게를 기록한다.

6) 저울 위에 놓인 비커에 2.00㎖의 증류수를 피펫으로부터 정확하게 옮기고 무게를 측정한다.

7) 위의 4)와 5)의 과정을 4회 던 반복하여 측정한다.

8) 부록에 있는 물의 밀도를 이용해서 피펫으로 옮긴 증류수 부피의 평균값과 표준 편차를 구한다.

 

3. 눈금 실린더를 이용한 액체의 이동

1) 눈금 실린더의 안쪽 벽면에 물방울이 생기지 않도록 깨끗하게 씻고 증류수로 헹군다.

2) 3.0㎖의 증류수를 눈금 실린더에 채운 다음 위의 나와 같은 방법으로 저울 위에 놓인 비커에 옮기고 무게를 측정한다.

3) 4회를 더 반복하고, 부록에 있는 물의 밀도를 이용해서 눈금 실린더로 옮긴 증류수 부피의 평균값과 표준 편차를 구한다.

 

4. 뷰렛을 이용한 액체의 이동

1) 사전에 뷰렛의 사용법과 눈금 읽는 법을 충분히 익힌다.

2) 깨끗하게 씻어서 증류수로 헹군 뷰렛에 증류수를 채운다. 뷰렛의 끝에 공기 방울이 남아있으면 코크를 빨리 열어서 공기를 빼낸다.

3) 약 3㎖씩의 증류수를 위의 실험과 같은 방법으로 빼내어 무게를 잰다. 빼낸 증류수의 부피를 정확하게 알아야 하므로 눈금을 정확하게 읽어야 한다.

4) 4회를 더 반복해서 증류수의 평균 밀도와 표준 편차를 구한다.

실험 결과

1. 결과 분석

1) 무게 측정 (사용한 저울)

① 최대 측정 용량: 400g

② 정밀도: 0.01g

 

2) 피펫을 이용한 액체의 이동

	1회	2회	3회
처음 무게(g)	34.07	34.04	34.07
나중 무게(g)	36.04	36.04	36.06
액체의 무게(g)	1.97	2.00	1.99

① 피펫을 이용하여 1회 취한 액체의 부피 : 2.00㎖

② 평균 무게 : (1.97g + 2.00g + 1.99g)/3 = 1.99g

③ 무게의 불확정도 : 0.02g

④ 실온 : 24.2℃

⑤ 증류수의 밀도 : 0.99725g/㎖

⑥ 실제로 옮긴 증류수의 부피와 불확정도

1회 때 부피 : 1.98㎖	2회 때 부피 : 2.01㎖	3회 때 부피 : 2.00㎖
1.97g×(1㎖/0.99725g)=1.98㎖	2.00g×(1㎖/0.99725g)=2.01㎖	1.99g×(1㎖/0.99725g)=2.00㎖

- 평균 부피 : (1.98㎖ + 2.01㎖ + 2.00㎖)/3 = 2.00㎖

- 부피의 불확정도 : 0.02㎖

 

3) 눈금 실린더를 이용한 액체의 이동

	1회	2회	3회
처음 무게(g)	34.03	34.05	34.02
나중 무게(g)	39.04	38.95	38.99
액체의 무게(g)	5.01	4.90	4.97

① 1회 취한 액체 (눈금 실린더)의 부피 : 5.00㎖

② 증류수의 평균 무게 : 4.96g

(5.01g + 4.90g + 4.97g)/3 = 4.96g

③ 무게의 불확정도 : 0.06g

④ 실온 : 24.2℃

⑤ 증류수의 밀도 : 0.99725g/㎖

1회 때 부피: 5.02㎖	2회 때 부피: 4.91㎖	3회 때 부피: 4.98㎖
5.01g×(1㎖/0.99725g)=5.02㎖	4.90g×(1㎖/0.99725g)=4.91㎖	4.97g×(1㎖/0.99725g)=4.98㎖

⑥ 실제로 옮긴 증류수의 부피와 불확정도

- 평균 부피 : (5.02㎖ + 4.91㎖ + 4.98㎖)/3 = 4.97㎖

- 부피의 불확정도 : 0.06㎖

 

4) 뷰렛을 이용한 액체의 이동

	1회	2회	3회
처음 눈금	50	48	46
마지막 눈금	48	46	44
옮긴 부피(㎖)	2.00	2.00	2.00
처음 무게(g)	34.06	34.06	34.07
나중 무게(g)	36.04	36.04	36.06
액체의 무게(g)	1.98	1.98	1.99
액체의 밀도(g/㎖)	0.990	0.990	0.995

① 뷰렛을 이용하여 1회 취한 증류수의 부피: 

② 증류수의 밀도와 불확정도

- 평균 밀도: 0.992g/㎖

(0.990g/㎖ + 0.990g/㎖ + 0.995g/㎖)/3 = 0.992g/㎖

- 불확정도: 0.003g/㎖

③ 증류수의 평균 무게 : (1.98g + 1.98g + 1.99g)/3 = 1.98g

④ 무게의 불확정도 : 0.01g

⑤ 실온: 24.2℃

⑥ 증류수의 밀도 : 0.99725g/㎖

⑦ 실제로 옮긴 증류수의 부피와 불확정도

1회 때 부피: 1.99㎖	2회 때 부피: 1.99㎖	3회 때 부피: 2.00㎖
1.98g×(1㎖/0.99725g)=1.99㎖	1.98g×(1㎖/0.99725g)=1.99㎖	1.99g×(1㎖/0.99725g)=2.00㎖

- 평균 부피 : 1.99㎖

(1.99㎖ + 1.99㎖ + 2.00㎖)/3 = 1.99㎖

- 부피의 불확정도 : 0.01㎖

 

토의 사항

1. 실험 고찰

질량 측정과 액체 옮기기 실험을 통해 화학 실험에서 물질의 질량을 측정할 때 사용되는 저울과 용액의 부피 측정에 사용되는 뷰렛, 피펫, 실린더의 기본적인 사용법과 유의점을 숙지하게 되었다. 액체의 부피는 온도에 따라 달라지기 때문에 실제로 옮긴 용액의 부피를 알기 위해서는 변하지 않는 값인 질량에 온도에 따른 밀도의 역수를 곱함으로써 알 수 있다. 이렇게 구한 값을 이용하여 부피의 표준 편차 측 실제로 옮긴 용액의 불확정도를 계산할 수 있다.

1) 뷰렛의 불확정도에 대한 오차율

실제 뷰렛의 불확정도(실험에 사용한 뷰렛의 용량은 50㎖): 0.05㎖

실험 결과 뷰렛으로 옮긴 용액 부피의 불확정도: 0.01㎖

절대오차 : |0.01-0.05| = 0.04

상대오차 : 0.04/0.05 = 0.0800

오차율 : 0.04/0.05×100% = 80%

 

2. 오차의 원인

계산에 사용한 온도에 따른 증류수의 밀도가 틀렸을 수 있다. 액체의 부피는 온도에 따라서 달라지고, 물체의 무게는 온도에 영향을 받지 않는다. 그러므로 실제 옮긴 용액의 부피를 구하기 위해서는 용액의 질량에 밀도의 역수를 곱해서 구해야 한다. 

실제 실험 중에는 온도를 직접 측정한 것이 아니라, 조교님이 주신 온도를 이용해 계산했기 때문에 사용한 증류수의 부피 계산이 잘못되어 오차가 발생했을 것이다, 또한 실험실 온도는 일정하게 유지되는 것이 아니므로 계산에 사용한 밀도가 잘못되었을 수 있다.

증류수를 비커로 옮길 때 소실된 용액이 있었을 수도 있다. 용액의 질량을 측정할 때 피펫, 실린더, 뷰렛에 들어있는 용액을 비커에 옮겨서 측정했다. 이때 용액이 완전히 옮겨지지 않고 실험기기에 남아있거나, 다른 곳으로 용액이 튀어 용액의 질량의 측정값에 오차가 발생했다.

저울을 이용해 증류수의 무게를 측정할 때 비커를 건드려서 무게가 달라졌다. 저울을 통해 비커의 무게를 측정하고, 저울 위에 있는 비커에 용액을 옮길 때 비커를 건들어서 처음 무게를 측정할 때 비커의 위치가 달라졌다. 그러므로 용액의 질량 측정값에 오차가 발생했다.

이런 실험의 오차는 뷰렛뿐만 아니라 피펫과 실린더를 이용한 실험에서도 발생했을 것이다. 이러한 실험에서의 오차를 줄이기 위해서는 첫 번째로 실험을 진행하는 중에 온도를 상시 측정하고 있어야 한다, 또는 온도가 변하지 않는 실험실에서 실험을 진행하면 된다. 온도의 변화가 없으면 측정한 질량을 이용해 실제 옮긴 용액의 부피를 정확하게 구할 수 있으므로 오차가 감소할 것이다. 두 번째로 용액을 옮길 때 실험기구에 용액이 남지 않도록 주의를 해서 실험기구를 사용한다. 세 번째로 저울과 저울 위에 놓여있는 비커를 건드리지 않는다. 

본 실험의 경우 용액을 비커로 옮길 때 비커를 건드렸고 이로 인해서 오차가 발생했다. 용액을 옮길 때 사용한 실험기구를 지지해주는 도구를 사용하거나, 기계를 사용했을 경우 이러한 문제가 발생하지 않고 더욱 정확한 무게를 측정할 수 있었을 것이다. 발견한 오차 요인 말고도 다른 요인이 존재할 수 있으며, 이를 발견해 오차를 줄인다면 이론값과 최대한 비슷한 결과를 만들 수 있을 것이다.

[Chemistry/일반화학] - [일반화학실험]질량 측정과 액체 옮기기(Measuring Weight and Volume) 1부