[일반화학실험]용액의 밀도 - 음료수의 당도 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) 10㎖ 피펫, 피펫 필러, 50㎖ 삼각 플라스크 여러 개, 고무마개, 100㎖ 비커 여러 개, 자석교반기, 저울(10 mg), 5%, 10%, 15%의 설탕물 표준용액 각 500㎖, 콜라, 다이어트콜라, 환타 각 500 ㎖를 준비한다.

 

2)

part Ⅰ: 표준곡선의 작성

① 깨끗하고 잘 건조된 삼각 플라스크와 고무마개의 무게를 정확히 측정한다.

② 10㎖ 피펫을 사용하여 증류수 또는 설탕물 표준용액의 하나를 정확히 10.00 ㎖ 취하여 앞에서 무게를 잰 삼각 플라스크에 담는다.

③ 용액이 들은 삼각플라스크의 무게를 정확히 측정하고, 이로부터 용액의 밀도를 구한다.

④ 같은 방법으로 증류수와 세 가지 표준용액의 밀도를 측정한다. 하나의 용액에 대하여 각기 세 번씩 측정한다.

 

part Ⅱ: 음료수의 당도

① 탄산 음료수의 경우에는 비커에 일정량을 취한 후 자석교반기를 사용하여 잘 저어서 이산화탄소 기체가 완전히 빠져 나가도록 한 후에 사용한다. (더 이상 거품이 발생하지 않는 것을 확인한다.)

② 설탕물 표준용액의 경우와 같은 방법으로 준비된 음료수들의 밀도를 측정한다. 하나의 음료수에 대하여 각기 세 번씩 측정한다.

③ part Ⅰ에서 구한 설탕물의 밀도-당도 표준곡선으로부터 각 음료수의 당도를 결정한다.

 

3) 남은 설탕물과 음료수는 싱크대에서 많은 양의 물과 함께 버린다.

 

실험 결과

Part I : 표준곡선의 작성

1. 표준용액의 밀도

표준용액의 농도(%)	밀도(g/㎖)
	1회	2회	3회	평균값
0% (증류수)	0.991	0..991	0.991	0.991
5%	1.002	1.004	1.009	1.005
10%	1.028	1.016	1.030	1.025
15%	1.051	1.058	1.052	1.054

(용액의 밀도는 소숫점 이하 3 자리까지 계산한다.)

 

2. 표준용액의 농도(%)를 x-축, 밀도(g/㎖)를 y-축으로 하여 표준용액의 밀도 대 농도의 그래프를 그려라.

3. 표준용액의 밀도 대 농도 데이터들을 지나는 직선을 그리고, 이 직선을 나타내는 직선식 (y=ax+b) 을 구하라. (앞의 그래프에 직선을 추가하라.) 이 직선은 설탕물 용액의 밀도와 농도 사이의 관계를 나타내는 표준곡선(standard curve)이다.

기울기 a = 0.0039, 절편 b = 0.991

Part II: 음료수의 당도 결정

1. 음료수의 밀도

음료수	밀도(g/㎖)
	1회	2회	3회	평균값
콜라	1.024	1.032	1.034	1.030
다이어트 콜라	0.990	0.984	0.993	0.989
환타	1.034	1.040	1.037	1.037

(용액의 밀도는 소숫점 이하 3 자리까지 계산한다.)

 

2. 음료수의 밀도와 Part I에서 얻은 표준곡선을 이용하여 각 음료수의 당도(%)를 결정하라.

음료수	계산	당도 (%)
콜라	1.030 = 0.0039x + 0.991	10%
다이어트 콜라	0.989 = 0.0039x + 0.991	-0.513%
환타	1.037 = 0.0039x + 0.991	11.795%

 

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험에서는 시중에서 판매되고 있는 음료수에 설탕의 양, 즉 당도를 측정하고자 용액의 농도와 밀도가 비례하는 것을 이용하여 실험을 진행하였다.

삼각플라스크와 고무마개를 이용하여 용액의 무게를 측정하고, 이로부터 용액의 밀도를 구했다. 실험에 사용되는 시약인 여러 농도의 설탕물은 설탕이 물에 잘 녹고 물 분자 사이에 설탕 입자들이 결합되기 때문에 설탕을 많이 넣을수록 농도가 증가하여 밀도가 커지게 된다. 밀도는 질량/부피으로 용액의 농도와 밀도가 서로 비례관계에 있음을 확인했다. 이렇게 증류수와 세 가지 표준용액의 밀도와 농도 관계를 이용하여 표준곡선을 그릴 수 있었다.

시중에서 판매되고 있는 음료수는 대부분 극히 미량으로 들어있는 향과 식용 색소를 제외하면 물과 설탕으로만 이루어진 설탕물로 탄산 음료수의 경우 자석교반기를 사용하여 이산화탄소 기체가 완전히 빠져 나가도록 한 후에 사용하였다. 이를 통해 이산화탄소가 기체에 녹아 물의 밀도가 증가하거나 용액의 부피가 달라지는 것을 방지할 수 있었다. 실험을 통하여 앞서 얻은 표준곡선을 이용하여 음료수(설탕물)의 밀도를 측정함으로써 설탕물의 당도를 결정할 수 있었다.

본 실험에서 오차가 발생했다면 그 원인은 설탕물 밀도를 측정할 때 고무마개로 공기를 차단하지 않았을 것이다. 그 이유는 물이 증발하면서 설탕도 일부분 같이 증발하기 때문이다. 그리고 자석교반기로 탄산음료에 있는 이산화탄소 기체를 완전히 빼지 않은 상태에서 정확한 밀도 측정을 할 수가 없기 때문에 이로 인해 오차가 발생하였고 더 주의할 필요가 있다.

 

2. 질문 사항

1) 삼각 플라스크에 들은 용액의 질량을 측정할 때 마개를 하는 이유는 무엇인가?

삼각 플라스크에 들은 용액이 물(H20)이나 산소(O2)와 반응하는 것을 차단하여 정확한 질량을 측정하기 위해서이다.

 

2) 탄산음료의 밀도를 측정할 때 자석교반기를 사용하여 이산화탄소 기체를 완전히 제거하지 않는다면 밀도 측정 결과에 어떻게 영향을 미치겠는가?

탄산음료에 있는 이산화탄소 기체가 녹아있으면, 물의 밀도가 증가하기 때문에 순수한 당도의 밀도를 구할 수 없다. 또한 용액의 부피가 달라지거나 기포가 발생하여 정확한 측적이 어려워진다.

 

3) 농도가 30%(w/v)인 설탕물 용액 500g을 제조하였다. 이때 사용된 물과 설탕의 양은 각 각 얼마인가?

농도가 30%(w/v)인 설탕물 용액=용질(설탕) 30g이 용해되어 있는 용액의 부피가 100㎖인 용액(설탕물) 사용된 물은 350g이고 설탕의 양은 150g

 

4) 10% (w/v)의 설탕물 용액이 있다. 이 용액의 몰농도(Molarity)는 얼마인가?

몰수(㏖) = 질량(g)/몰질량(g/㏖)

몰농도(M) = 용질의 몰수(㏖)/용액의 부피(L)

설탕의 화학식 : C12H22O11

몰질량 : 물질 1몰의 질량으로, 분자를 구성하는 원자들의 몰질량의 총합

 

(풀이) 10%(w/v) 설탕물 용액이 100㎖가 있다고 하면 이 속에 들어있는 설탕의 질량은 10g이다.

∵ 10%(w/v)=[용질 질량/용액부피(100㎖)] X 100

 

설탕물 용액의 몰농도를 알기 위해서는 설탕의 몰수를 알아야한다.

설탕(C12H22O11)의 몰질량은 12x12 + 1x22 + 16x11 = 342g/㏖ 이므로, 설탕 10g의 몰수(㏖) = 10g/(342g/㏖) = 0.0292㏖ 이다.

∴ 설탕물의 몰농도(M) = 0.02924㏖/0.100L = 0.292M

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