본문 바로가기

학업

물 한 잔만을 이용한 창의적인 아보가드로수 측정 실험

화학실험 창의적 실험설계 수행평가에 보고서로 제출한 소중한 저작물입니다. 함부로 긁어가지는 말아주세요


기괴한 실험 수행평가를 위해 아보가드로수를 측정할 수 있는 창의적인 방법을 고안해야 했습니다. 혹시나 이 발행물을 보는 사람들 중 부산 기장군 J 고등학교에 다니는 2학년 1학기 화학실험 수행평가를 준비하면서 아보가드로수를 어떻게 창의적으로 측정하느냐에 대해 화를 내고 있는 분이 있다면 애도를 표합니다



얼음의 해동 과정에서 분자배열 해체에 의한 부피변화를 이용한 아보가드로수 측정


<사전조사>


1) 물의 몰 질량 : 18
2) 물이 얼 때의 변화 : 분자 배열이 바뀌면서 특이한 모양의 육각 구조가 입체를 이루며, 부피가 증가해 밀도가 낮아진다.


<실험과정>


 18g(1)의 증류수를 종이컵 안에 담는다.
이때 냉동 시에 물에 녹은 기체가 갇혀 함께 어는 것을 방지하기 위해 증류수를 끓여 기체용해도를 낮추며 최대한 순수한 얼음을 얼린다.













 얼음의 부피를 측정한다.
여기서 측정한 1몰 얼음의 부피를 Vi이라 하겠다.










③ 얼음의 규칙적인 육각 분자구조에 착안하여 조사와 계산법 고안을 통해 육각 단위체의 부피를 계산한다.






얼음의 분자구조를 옆에서 봤을 때, 무한히 계속된다고 볼 수 있는 육각구조는 왼쪽 그림과 같이 큰 직사각형 구조로 바꾸어 계산할 수 있다. 여기서 얼음 분자구조의 한 단위체를 오른쪽 그림과 같이 근사적 육각기둥으로 보게 되고,



물분자 사이의 결합 길이가 왼쪽 그림과 같고, 결합각이 109도임을 이용해 삼각비 sin계산을 거쳐 이 단위체의 부피를 구하면 0.066nm^3이다.


➄ 부피가 Vi인 얼음에 들어있는 우리가 만든 단위체가 몇 개인지 알아본다

➅ 단위체의 개수를 통해 물 분자의 개수와 아보가드로수를 계산한다.
위의 얼음 분자구조를 보면, 무한히 단위체의 개수가 많아져서 단위체의 개수가 충분히 큰 자연수인 n 개라 하자. n+1번째의 단위체가 새로 생기기 위한 물 분자의 개수는 2개가 된다. 따라서, 단위체의 개수가 n개일 때의 물 분자의 개수는 약 2n개가 된다.



<실험결과>


위의 실험과정에서 이야기한 방법에 따라 계산하면



<결과분석>


-오차 : 원래의 아보가드로수인 6.02*10^-23과는 약 0.6 %의 오차가 있다.
-개선방안 : 보다 순수한 얼음을 얼릴 방법을 생각해야 하고, 미시적 관점에서 우리가 설정한 육각기둥 단위체의 부피를 보다 정확히 측정할 수 있어야 한다. 또한, 종이컵보다 더욱 정확하게 부피를 측정할 수 있는 기구여야 한다.