액체의 밀도 측정 예비레포트

액체의 밀도 측정 예비레포트

- 실험 이론

 

액체의 밀도를 측정하는 여러 가지 방법에 대해 알아보고 밀도를 직접 측정, 계산해본다.

 

- 실험 방법

 

▶ 밀도(Density)

 

 물질의 질량을 부피로 나눈 값. 물질마다 고유의 값을 지니고 있기 때문에 밀도를 통해 물질을 구별해낼 수 있다. 단위로는 g/㎖, g/㎤을 주로 사용한다. 기체 상태의 분자는 액체 상태의 분자보다 분자간 거리가 멀고, 액체 상태의 분자는 고체 상태의 분자보다 분자간 거리가 멀다. 즉, 같은 수의 분자에 대해 차지하는 부피가 각 상마다 다르다. 따라서 일반적으로 밀도는 고체, 액체, 기체 순으로 작아진다.

 

 고체, 액체의 경우 온도나 압력에 의해 밀도 변화가 거의 없는 편이나 기체는 온도 증가에 따라 분자 운동이 활발해지기 때문에 부피가 커져 밀도가 작아진다. 또 압력이 높아지면 부피가 작아져 기체의 밀도는 커진다.

 

 

▶ 상대밀도(Relative density)

 

 어떤 액체의 밀도와 표준액체(4℃의 증류수)의 밀도 비

 

 

▶ 비중(Specific gravity)

 

 어떤 물질의 질량과 이와 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율이기 때문에 단위가 없는 무차원수이다. 액체의 경우 표준물질은 1atm, 4℃의 물을 사용하고 기체의 경우 0℃, 1atm에서의 공기를 이용한다. 대부분 밀도와 같은 개념으로 취급해도 된다.

 

 

▶ 기체의 부피 측정 방법

 

 수상치환 법을 이용하여 측정한다. 매스실린더에 물을 가득 채우고 물이 담긴 수조에 뒤집어 넣는다. 매스실린더와 기체가 담긴 플라스크와 고무호스 등을 이용하여 연결한 후 기체를 포집하는 방법이다. 매스플라스크에서 물이 빠져나간 부피가 기체의 부피이다. 이 방법은 물에 잘 녹지 않는 기체에 사용한다.

포집 방법	기체	장점	단점
수상치환	산소, 질소 등 ⇒ 물에 잘 안 녹음	비교적 순수한 기체 포집 가능, 포집된 기체의 양 측정이 용이	물에 잘 녹는 기체의 포집이 어려움
상방치환	, 염화수소 등 ⇒ 공기보다 무거움	쉽게 기체를 포집할 수 있음	공기보다 무거운 기체만 가능, 기체의 양 측정이 어려움
하방치환	수소, 메테인 등 ⇒ 공기보다 가벼움	기체 포집이 쉬움	공기보다 가벼운 기체만 가능, 기체의 양 측정이 어려움

 

 

▶ 액체의 밀도 측정 방법

 

 액체의 밀도를 측정하기 위해서는 비중병을 사용한다. 비중병의 종류로는 게이 뤼삭, 웰트, 오스트왈드형이 있다.

 

 게이 뤼삭 형, ,웰트 형, 오스트왈드 형 비중병의 질량을(W0), 증류수를 가득 채운 비중병의 질량을 (Ww), 액체 시료를 채운 비중병의 질량을 (W)라 하고, 측정 온도에서의 순수한 시료의 밀도를 A이라고 한다면 이 때 측정하고자 하는 액체의 밀도는 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

 

 

액체의 밀도 측정법

 

 

 

▶ 비중병 사용 시 주의사항

 

① 밀도가 다른 두 가지 액체를 번갈아 사용할 경우 해당 액체로 비중병을 세척한 후 사용한다.

② 측정 물질을 병에 가득 채운 후 비중병 뚜껑을 닫으면 얇은 구멍으로 액체가 나와야한다.

 

 

▶ hare장치 측정법

 

 

 양쪽 유리관에 형성되는 두 액체를 넣고, 기둥의 높이를 측정하여 액체 기둥의 높이와 밀도와의 관계를 이용하여 액체의 밀도를 쉽게 알 수 있다.

 

 주사기를 통하여 물과 시료를 동시에 모세관 내로 빨아올려 액체의 표면으로부터 높이를 비교하여 시료 액체의 밀도를 구할 수 있다.

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밀도와 높이에 대한 상관관계식

 

 

 

- 실험 방법

① 여러 가지 농도의 에탄올을 조제한다.

② 항온조에 온도계를 고정시킨 후 비중병을 놓을 선반을 설치한다.

③ 비중병을 잘 씻은 후 건조기에서 건조시킨 후 실내에서 10여 분 정도 방치한 뒤 질량을 측정한다.

④ 비중병에 증류수를 가득 채운 후 병의 입구 가까이까지 항온조에 10~20분 방치한다.

⑤ 물기를 닦아내고 실내에서 10~20분 방치한 뒤 무게를 측정한다.

⑥ 증류수를 버리고 에탄올로 비중병을 세척한 뒤 에탄올을 가득 채운 뒤 ③ 이후와 같이 반복한다.

⑦ 작성한 값을 이용하여 밀도를 계산한다.

⑧ 온도를 변화시켜가며 위 실험을 반복한 뒤 밀도를 계산한다.

 

• hare 장치를 이용한 방법

① 비이커에 시료 액체를 넣고 핀치코크 E, F를 열고 U자 관내의 공기를 빨아내어 가능한한 액체가 높게 올라가게 한 후 액주의 높이 h1과 h2를 0.1[㎜]까지 측정한다.

② 핀치코크 F를 열고 공기를 EF사이에 넣은 다음 F를 닫고 E를 열면 U자 관내의 공기가조금 들어가서 액주의 높이가 조금 낮아진다. 이 때 액체의 액주 높이를 측정한다.

③ 위 두 과정을 반복하면서 두 액체의 액주 높이를 측정한다.

④ 주어진 식으로 밀도를 구한다.