[일반화학실험]물의 성질 2부

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 수돗물, 시험관 꽂이, Bunsen burner, spatula, watch glass 2개

2) 유산지, test tube 3개, test tube clamp, watch glass, beaker 2개

3) NaCl, 황가루, 0.1% 비눗물, CuSO4ㆍ5H2O, BaCl2ㆍ2H2O

4) Na3PO4ㆍ12H2O, CaCl2, AgNO3, 증류수

시약명	몰 질량 (g/㏖)	녹는점 (℃)	끓는점 (℃)	밀도	물에서의 용해도	기타
H2O	18.01528	0	100	(4℃일 때) 1g/㎤
NaCl	58.44	801	1413	2.165g/㎤	35.9g/100㎖
CuSO4ㆍ5H2O	249.68	110	150	2.2840g/㎤	용해성	눈에 용액이 노출되면 결막염, 궤양 및 각막 이상이 발생 가능하며 화상을 입을 수 있다. 또한 피부 자극 및 화상을 유발한다.
BaCl2ㆍ2H2O	244.28	962	1560	(24℃ 일 때) 3.85g/㎤	36g/100g(20℃)
Na3PO4ㆍ12H2O	380.12	75		1.62g/㎤	258g/L	피부의 심한 자극과 눈 화상을 유발한다.
CaCl2	100	772		2.15g/㎤	(20℃ 일 때) 740g/L	심한 눈 자극 및 손상을 유발한다.
AgNO3	169.872	209.7	440	(24℃ 일 때) 4.35g/㎤	(25℃ 일 때) 256g/100㎖ (40℃ 일 때) 73g/100㎖	심한 눈 및 피부 화상을 유발한다.

 

실험 방법

1. 표면 장력 측정

1) 시험관에 증류수, 0.1% NaCl용액, 0.1%비눗물을 절반 정도 취한 뒤, 황가루 소량을 유산지에 취하여 세 개의 시험관에 나누어 넣는다.

 

2) 시험관의 측면을 가볍게 두드려서 유황이 각 물질의 표면을 뚫는지 관찰한다.

 

2. 결정수 확인

1) 건조된 시험관 3개에 각각 NaCl, CuSO4ㆍ5H2O, BaCl2ㆍ2H2O를 spatula작은 쪽으로 한 스푼 정도 넣는다.

 

2)시험관을 가열 각 물질에서 물방울 형성여부 관찰

주의: 가열 전 시험관 안 밖의 물기 제거, 가열 시 시험관을 옆으로 기울여서 가열시킨다.

 

3. 풍해성과 조해성 관찰

1) 2개의 watch glass에 Na3PO4ㆍ12H2O, CaCl2 결정을 0.5g 정도 넣고 변화 관찰

 

2) 15분 후 위 물질들의 질량을 각각 측정

 

3) 두 물질이 풍해성인지 조해성인지 확인(질량 증가 → 조해성, 질량 감소 → 풍해성)

 

4. 녹아있는 무기 이온의 이온의 관찰

1) 두개의 시험관에 한번은 수돗물과 증류수를 1/2 채우고, 질산은(AgNO3)용액을 시험관에 두 방울 적가하여 비교

 

2) 물이 탁해지면 물속에 염소이온 존재(할로겐족류)

AgNO3 + Cl- ↔ NO3- + AgCl

 

실험 결과

1. 표면장력 측정

증류수, 0.1%소금물, 0.1%비눗물

액체 위 황가루를 넣고 탭핑을 하였지만 증류수와 소금물은 황가루가 남아 있었다. 하지만 비눗물은 황가루를 넣자마자 녹는걸 확인할 수 있었다.

 

2. 결정수 확인

NaCl

CuSO4ㆍ5H2O

BaCl2ㆍ2H2O

 

NaCl은 시험관에 물방울이 생기지 않으며 CuSO4ㆍ5H2O은 물방울이 맺히고 색깔이 파란색에서 하얗게 변하는게 보였고 BaCl2ㆍ2H2O는 물방울이 맺히는걸 확인할 수 있었다.

 

3. 풍해성과 조해성 관찰

위 사진은 CaCl2의 질량이 처음엔 4.417g에서 30분 뒤 5.089g으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.

위 사진은 Na3PO4ㆍ12H2O로 처음에 3.442g이 30분 뒤 3.390g으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

 

4. 녹아있는 무기이온의 양

왼쪽은 증류수, 오른쪽은 수돗물로 AgNO3 10방울 가량 넣은 후에 수돗물이 탁해지는 것을 확인할 수 있다.

 

토의 사항

1. 표면장력 측정

증류수와 NaCl에서는 황가루가 가라앉지 않았지만 비눗물에서는 넣자마자 가라앉는걸 확인할 수 있다. 그 이유는 증류수와 NaCl에서는 표면장력이 강해 가라앉지 못했지만 비눗물이 대표적인 계면활성제 중 하나라서 가능했던 것이다. 계면활성제는 물의 수소결합을 방해해 표면장력이 감소하게 한다.

 

2. 결정수 확인

NaCl은 가열을 하여도 물방울이 생기지 않았으며 CuSO4ㆍ5H2O는 물방울이 생기며 파란색이 하얀색으로 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 BaCl2ㆍ2H2O는 물방울이 생기는걸 확인할 수 있다. 물방울이 맺힌다는 것은 가열시 H2O분자가 나와서 액화가 된 것을 의미하니 곧 이 화합물은 수화물이라는 것을 알 수 있다.

 

3. 풍해성과 조해성 관찰

CaCl2의 질량이 처음엔 4.417g에서 30분 뒤 5.089g으로 증가하는 것을 확인할 수 있으며 Na3PO4ㆍ12H2O로 처음에 3.442g이 30분 뒤 3.390g으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이로써 CaCl2는 조해성을 띄며 Na3PO4ㆍ12H2O는 풍해성을 띄는걸 확인할 수 있다. 풍해성은 조해성보다 비교적 적게 확인할 수 있다. 그 이유로는 화합물의 다르기에 그럴 수 있지만 습도의 탓도 있다. 비교적 습해 수분을 잘 얻고 잘 뺏기지 않을 것이다. 따라서 조해성을 띄는 화합물은 수분이 적은 곳에, 풍해성을 띄는 화합물은 수분이 많은 곳에 보관하면 좋을 것이다.

 

4. 녹아있는 무기이온의 양

AgNO3 + Cl- ↔ NO3- + AgCl

위 반응으로 시험관에 증류수와 수돗물에 AgNO3를 떨어트렸을 때Cl이온을 갖고있는 수돗물이 탁해지는걸 확인할 수 있다. 증류수는 정제 되었기 때문에 아무 반응이 없으며 수돗물만 반응한 것이다.

 

참고 문헌

1. 물리화학, david w.ball, 자유아카데미, 2005, p.826~830

2. 무기화학, James E. Huheey 외2명, 자유아카데미, 2011, p.233~240

3. 무기화학, Douglass 외 3명, 자유아카데미, 1993, p.169~172

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