질량측정과 액체 옮기기

질량측정과 액체 옮기기

♦ 실험일자 :

♦ 실험목표 : 저울 사용법과 액체를 옮기는데 필요한 기구의 사용법을 익히고

실험 Data의 처리와 불확실도(표준편차) 추정방법을 배운다.

 

♦ Key word : 부피, 질량, 밀도, 측정용량, 정밀도, 측정의 불확실도

 

화학 실험에서 가장 기본이 되는 물리적 양은 질량과 부피이다. 질량(mass)은 엄밀하게는 주어진 물질의 고유한 양이고 무게(weight)는 이 물질에 작용하는 중력의 측정치이다. 그러나, 화학에서는 종종 이들 용어를 상호 교환적으로 사용한다.

화학 실험에서 용액의 부피측정에 사용되는 보편적인 기구는 피펫, 눈금피펫, 뷰렛, 눈금실린더, 부피플라스크 등이다. 피펫과 눈금피펫은 정확한 양의 액체를 취해 다른 용기에 옮기는데 사용되며, 피펫이 눈금피펫 보다 정밀도가 높다. 역시 액체를 옮기는데 사용되는 뷰렛은 주로 적정할 때 쓴다. 눈금실린더에 담긴 용액을 다른 용기로 옮기더라도 실린더에 약간의 용액이 남게 되어서 정확한 부피를 측정할 수는 없다. 그리고 부피플라스크는 용질을 녹여서 일정한 부피의 용액을 만드는데 유용한 기구이다. 실험의 정밀도를 높이기 위해서는 용액의 부피를 측정하는 여러 가지 기구들을 실험의 내용에 맞게 적절히 선택하여 바르게 사용하는 것이 중요하다.

모든 측정한 값에는 불확실도가 포함되어 있다. 불확실도는 기기나 기구의 보정이 잘못되어 생기기도 한다. 실험실에 있는 온도계로 같은 용액의 온도를 측정할 때 서로 다른 값을 얻게 되는 것이 그런 예이다. 많이 사용되는 유리 기구의 불확실도는 다음과 같다.

 

뷰렛			피펫		부피플라스크
용량(mL)	눈금(mL)	불확실도(mL)	용량(mL)	눈금(mL)	용량(mL)	불확실도(mL)
5	0.01	±0.01	1	0.01	5	±0.02
10	0.02	±0.02	5	0.0.5	10	±0.03
25	0.1	±0.03	10	0.1	25	±0.03
50	0.2	±0.05	25	0.2	100	±0.08

 

측정기계나 기구를 잘 보정하더라도 기구를 미숙하게 조작하거나 실험의 한계 때문에 어쩔 수 없이 나타나는 불확실도도 있다. 예를 들어서 뷰렛이나 눈금피펫을 사용할 때 아무리 주의를 기울여도 눈금 간격의 1/5이상을 정확하게 구분하는 것은 어렵다.

실험 자체의 한계에서 발생하는 불확실도는 측정을 충분히 반복해서 평균값을 얻게 되면 상쇄된다. 그러나 실제 실험에서는 무한 반복할 수 없으므로 한정된 횟수만큼 반복한 실험 결과를 통계적인 방법을 이용해서 평균값과 불확실도를 구한다.

 

불확실도(표준편차)= ( N: 측정횟수 )

 

♦ 실험기구 및 시약

저울(0.01g or 0.001g의 정밀도) 증류슈

피펫(5.0 - 10.0 mL용량)

눈금 실린더(10.0mL)

비이커( 소형) 2

계산기

 

♦ 실험방법

A) 피펫을 이용한 액체의 이동 및 무게측정

1) 조교가 설명하는 저울과 filler(고무빨게)및 피펫의 사용법을 충분히 익힌다.

2) 저울 위에 비이커를 올려두고 무게를 측정한다(0점을 맞춘다)

3) Filler를 사용해서 증류수를 10 mL 피펫에 가장 윗쪽 눈금까지 채운다.

4) 정확하게 5.00 mL를 저울위의 비이커에 옮기고 무게를 기록한다.

5) 3)과 4)의 과정을 5회 반복한다.

6) 무게의 평균과 표준편차를 구하고 물의 밀도를 계산한다.

( 밀도(d) =m/V = 평균질량(g)/ 5.00 mL )

 

B) 눈금실린더를 이용한 액체의 이동 및 무게측정

1) 눈금실린더의 안쪽 벽면에 물방울이 생기지 않도록 깨끗하게 씻고 증류수로 행군다.

2) 5.00 mL의 증류수를 채운 다음 앞의 A)에서와 같이 저울 위에 놓인 비이커에 옮기고 무게를

측정한다.

3) 5회 반복하여 측정한다.

4) 무게의 평균과 표준편차를 구하고 물의 밀도를 계산한다.

♦ 실험결과

A) 피펫을 이용한 액체의 이동 및 무게측정

 

피펫을 이용해서 1회 취한 증류수의 부피 mL

 

1회 2회 3회 4회 5회

증류수의 질량(g)

평균질량 g

질량의 불확실도 g

실온 ℃ 증류수의 밀도 g/mL

 

B) 눈금실린더를 이용한 액체의 이동 및 무게측정

 

눈금실린더로 1회 취한 증류수의 부피 mL

 

1회 2회 3회 4회 5회

증류수의 질량(g)

평균질량 g

질량의 불확실도 g

실온 ℃ 증류수의 밀도 g/mL

 

♦ 분석 및 토의