액체 와 고체 의 밀도 측정 실험 - aegche wa goche ui mildo cheugjeong silheom

< 예비보고서 >

1. 4조

2. 액체와 고체의 밀도

3. 실험 원리 및 배경

 단위 부피의 물질이 가지는 질량을 밀도라 한다. 밀도의 SI단위는 kg/㎤ 이다. 그러나 화학실험에서는 밀도의 단위로 g/㎤이 많이 사용된다. 밀도는 온도에 따라서 변화하므로 밀도를 측정할 때에는 반드시 시료의 온도를 함께 측정하여야 한다. 특히 기체의 밀도는 온도에 매우 민감하다.

 밀도를 측정하기 위해서는 시료의 질량과 부피를 측정하여야 한다. 질량과 부피의 측정은 화학실험에서 가장 기본적인 조작이다. 0.01g 정도의 정밀도를 요구하는 측정에는 어림저울이 사용되고 더욱 정밀한 질량의 측정에는 화학저울과 같이 정밀한 저울이 사용된다.

 부피의 측정에는 눈금실린더, 뷰렛, 피펫 등이 사용되며 눈금실린더보다는 뷰렛이나 피펫이 정밀도가 높은 측정 장치이다. 비커나 플라스크에 표시된 눈금은 정밀도가 매우 낮으므로 정확한 측정이 필요한 경우에는 사용하여서는 안된다.

 이 실험에서는 저울로 질량을 측정하는 법을 배우고 액체 및 고체의 부피를 측정하는 방법을 실습한다. 또한 화학 실험실에서 취급하는 유리 기구들을 불순물이 없도록 깨끗하게 세척하는 법도 익히도록 한다.

4. 실험방법 (시약 및 주의사항)

 * 실험기구 및 시약

   어림저울 또는 화학저울, 메스실린더(20~25ml), 자, 가위, 물, 동전 몇 개, 알루미늄 포일, 미지의 용액

 * 주의사항

  - 유리 기구들을 불순물이 없도록 깨끗하게 세척한다.

  - 질량과 부피의 측정값과 밀도의 오차와 유효숫자에 주의한다.

* 실험방법

 1. 물의 밀도

  ① 깨끗하게 말린 메스실린더의 무게를 정확하게 측정한다.
  ② 4~5ml 의 물을 메스실린더에 넣는다.
  ③ 물의 부피를 정확하게 읽는다.
  ④ 물이 든 실린더의 무게를 다시 측정한다.
  ⑤ 물의 밀도를 계산한다.
  ⑥ 반복하여 평균값을 구한다.

 2. 고체의 밀도 (동전이용)

 ① 금속 조각 약 10g의 무게를 정확하게 측정한다.
 ② 약 5ml의 물을 메스실린더에 넣고 정확하게 읽는다.
 ③ 실린더를 약간 기울여 금속조각을 미끄러지게 넣는다.
 ④ 다시 부피를 정확하게 읽는다.
 ⑤ 금속의 밀도를 계산한다.
 ⑥ 반복하여 평균값을 구한다.

 3. 알루미늄 호일의 밀도

 ① 알루미늄 호일을 가로, 세로, 10cm가 되도록 정확히 자른다.
 ② 꼭꼭 뭉쳐서 무게와 부피를 <고체의 밀도> 에서와 같이 구한다.
 ③ Al의 밀도를 구한다.

 4. 액체의 밀도 측정 (미지의 용액사용)

 ① 깨끗하게 말린 메스실린더의 무게를 정확하게 측정한다.
 ② 4~5ml의 물을 메스실린더에 넣는다.
 ③ 미지의 용액의 부피를 정확히 읽는다.
 ④ 미지의 용액이 든 메스실린더의 무게를 다시 측정한다.
 ⑤ 미지의 용액의 밀도를 구한다.
 ⑥ 반복하여 평균값을 구한다.

< 결과보고서 >

5. 결과 및 토론

 ① 물의 밀도 측정

    메스실린더의 무게 : 92.952g

    물과 메스실린더의 무게 : 161.795g

    물의 부피 : 70.00mL

    물의 밀도 : 0.98g/mL

 ② 동전의 밀도 측정

    증류수와 동전 10개의 부피 : 75mL

    증류수의 부피 : 70mL

    동전 10개의 부피 : 5mL

    동전 1개의 질량 : 4.115g

    동전 1개의 밀도 : 8.2g/mL

 ③ 액체의 밀도 측정 ( 액체의 종류 : 톨루엔, 아세톤, 메탄올, 에탄올 )

   * A는 톨루엔이라는 것을 알고 있었고, 실험시간상 실험은 하지 않았음

6. 결론

 밀도는 중학교때부터 배워 온 개념이지만, 이렇게 물과 액체, 고체의 밀도를 실험하고, 그 값을 구해본 것은 처음이었다.

 실험방법은 간단했다. 물과 동전의 밀도 측정은 잘 구해졌지만, 미지의 용액 A,B,C,D의 밀도 측정은 생각만큼 잘 구해지지 않았다. 용액을 메스실린더에 넣었을 때 부피를 정확하게 측정해야 했긴 때문에 측정하고 또 측정하기를 반복했다. 그러면서 실험을 한 번 끝낼때마다 실험기구를 깨끗이 닦아야했다. 요번 실험에서 주의해야할 사항 중 하나가 실험기구에 불순물이 없도록 깨끗하게 세척해야 하는거여서 실험이 끝난 용액은 조교님이 말한 곳에 갖다버리고 물로 메스실린더를 세척하고 드라이기로 말리기를 반복했다. 그리고 또 주의해야 했던 것이 메스실린더나 액체+메스실린더, 동전의 질량측정이었다. 화학 저울이 자그마한 진동에도 반응해서 저울의 눈금이 0을 가리킬 때 측정할 것을 저울위에 올려 놓아야 했다. 그렇게해서 얻어진 데이터가 < 5 > 이다.

 그런데 우리조가 실험을 제대로 하지 못했는지 실험을 통해 얻어진 데이터로 B,C,D 용액을 알아보려고 했더니 밀도값이 많이 차이나서 찾지 못했다. A는 톨루엔으로 조교님의 말 실수로 알게 되어 실험을 하지 않았는데 불찰이었다. 어쨌든 요번 실험에서 액체의 밀도측정에서 A,B,C,D의 밀도를 구하는거였는데 말이다.

( 톨루엔, 아세톤, 메탄올, 에탄올의 국제명, 관용명, 구조식 및 성질 표는 생략. )

 요번 실험은 직접 밀도를 구했다는것에 의의를 두고 싶다. 그리고 요번에 알루미늄 호일은 실험하지 못했는데 나중에 기회가 된다면 해보고 싶다.

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★ 여기서 잠깐 !

     유효숫자 계산법

   1. 곱셈과 나눗셈

      계산결과의 유효 숫ㅈ는 계산에 사용한 값 중 유효숫자의 자리수가 적은 수의 유효숫자 자리수를 따른다.

      ex) 6.221 x 5.2 = 32.3492

             5.2 의 유효숫자가 2개 이므로 결과의 유효숫자 자리수를 2개로 맞춰 32 로 반올림.

   2. 덧셈과 뺄셈

     계산 결과는 계산에 사용한 값 중 소수점 이하의 자리수가 적은 것을 따른다.

      ex) 20.5 + 122 = 142.5

            20.5의 소수점 이하의 자리수가 1개, 122의 소수점 이하의 자리수는 0개, 따라서 결과의 유효숫자를 소수점 첫번째자리에서 반올림하여 143.