몰농도 용액 조제

실습목표

몰 농도를 설명할 수 있다.

주어진 몰 농도 용액을 조제 할 수 있다.

분광기를 이용하여 미지시료의 농도를 알 수 있다.

실습 재료

증류수, KMnO4,

기기/기구

분광광도계(혹은 UV), 분광광도계셀, 메스플라스크, 피펫, 피펫홀더, 비이커, 세척병, 라벨, 천칭, 약포지, 약수푼, 파라핀 랩, 티슈 혹은 거즈

관계 이론

몰의 개념

몰이란 원자나 분자처럼 매우 작은 알갱이를 포함한 물질의 양을 나타내는 단위이다. 1mol은 6.02×1023개의 분자 또는 화학식 단위를 포함한 물질의 양이다.

몰 질량이란 물질 1mol이 가지는 질량을 말한다. 몰 질량의 단위는g/mol이다. 모든 물질의 몰 질량은 원자 질량 단위로의 화학식량과 수치적으로 같기 때문에 몰 질량을 그램 화학식량 또는 그램 분자량이라고도 한다.

예를 들어 이산화탄소 분자가 6.02×1023 개이면 이산화탄소 1mol의 양이며 이산화탄소의 분자량은 44.0amu이므로 이산화탄소의 몰 질량은 44.0g/mol이다.

물질의 몰 수로부터 질량을 구하거나 물질의 질량으로부터 몰 수를 구할 때 다음의 관계를 이용하면 편리하다.

물질의 몰수 =

몰 농도의 정의

용액 1L 중에 들어 있는 용질의 몰 수를 몰 농도라고 한다. 기호 M으로 나타내고 단위는 mol/L이다.

몰 농도(M) =

예로 KMnO4  화학식량은 K의 원자량은 39.0983, Mn의 원자량은 54.9380, O의 원자량은 15.9994이므로 158.0339가 된다. 따라서 KMnO4의 화학식량에 해당하는 158.0339그램을 저울로 재서 1L 메스플라스크에 넣고 물을 채워 표선에 맞추면 KMnO4 1몰농도(M)가 된다.

그 외 몰과 관련 있는 농도 표시 방법은 몰분율과 몰랄농도가 있다.

몰분율은 용액의 몰 수에 대한 어느 한 성분의 몰 수의 비를 말한다.

몰 분율 =

또한 몰랄 농도는 용매 1000g 중의 용질의 몰 수로 나타낸 농도를 몰랄농도라고 하며 m으로 나타낸다.

몰랄 농도(m) =

Lambert - Beer의 법칙

흡광도 (A)는 용액을 지나는 길이 (b)와 용액의 농도 (c)에 비례한다.

A = abc

1.5 cm                              3.0 cm

I0 = 100 □□□□□→	←□□□□□→	I1 = 50 □□□□□→			I0 = 100 □□□□□□□→	←□□□□□□□□□□□□□□□→	I1 = 6.25 □□□□□→
	0.1 (g/L)					0.2 (g/L)

[eqn: A=log 1 over T = log 100 over 50 =log 2]     [eqn: A=log 1 over T = log 100 over 6.25 =4log 2]

UV/VIS 분광광도계의 구성

시료실 ; 측정할 시료를 넣는 곳으로 측정할 때는 용액을 채운 셀을 넣고 반드시 뚜껑을 닫는다. 앞쪽에는 증류수나 바탕시험액을 넣고, 뒤쪽에는 표준용액이나 시료를 넣는다.

[그림 1] UV/VIS 분광광도계의 광학 계통도

LCD판 ; 작동 메뉴나 측정 결과를 나타낸다.

키보드 ; 작동 명령어나 숫자값을 입력할 때 사용한다.

광원부 ; 중수소 램프는 측정파장범위 180～360nm의 자외부의 연속 스펙트럼 광원으로, 텅스텐-할로겐 램프는 측정파장범위 310～1200nm의 가시부의 연속스펙트럼 광원으로 사용된다.

UV/VIS 분광광도계의 광학 계통도

중수소/텅스텐 광원(서로 교환가능), 반사 회절발 단색화 장치, 광전 증배관 검출기

광원으로부터 나오는 복사선은 고정된 슬릿을 통과 → 파장을 조절하는 다이얼에 연결된 오목 회절발의 표면에 도달 → 파장이 선택되어 분산된 복사선은 출구 슬릿을 지나 회전 부채꼴 거울에 초점이 집중 → 복사선은 둘로 나눠져 기준 셀과 시료 셀을 거쳐서 검출기인 광전관으로 들어감 → 검출기는 전기적 신호로 바뀌고 이 미약한 신호는 증폭되어 퍼센트 투광도에는 직선적이고 흡광도에는 로그(log) 값으로 환산되어 계기판에 나타난다.

주의사항

무게를 칭량할 때 천칭의 영점을 맞추고 천칭의 숫자가 움직이지 않을 때까지 정확히 잰다.

액체의 양을 잴 때 정확한 농도의 용액을 제조하기 위하여 피펫이나 메스실린더의 눈금에 눈의 높이를 일치시키어 조작한다.

분광광도계를 충분히 예열하고 파장을 바꿀 때마다 0점을 정확히 맞춘다.

흡수셀의 표면에 먼지나 손자국이 묻지 않도록 티슈로 측정전 닦아낸다.

실습순서

0.01몰농도(M)의 용액조제

1L 메스플라스크 1개를 깨끗이 씻은 다음 건조시킨다.

라벨에 0.01(M)이라 쓴 후 메스플라스크에 부착한다.

약포지를 천칭에 올려놓고 영점을 맞춘다.

약포지에 과망간산칼륨을 약스푼을 이용하여 1.5803그램을 정확히 잰 후 메스플라스크에 넣는다.

약포지에 남아있는 과망간산칼륨을 세척병을 이용하여 메스플라스크로 씻어 내린다.

메스플라스크에 표선까지 증류수를 채운 후 파라핀 랩으로 마개 하여 충분히 흔들어 정치한다

0.01(M)몰농도로부터0.0001(M),0.0002(M), 0.0003(M), 0.0004(M), 0.0005(M) 몰농도의 용액조제

100mL 메스플라스크 5개를 깨끗이 씻은 다음 건조시킨다.

라벨에 0.0001(M), 0.0002(M), 0.0003(M), 0.0004(M), 0.0005(M)라 쓴 후 각각의 메스플라스크에 부착한다.

가)에서 만든 0.01(M) 원액을 1, 2, 3, 4, 5mL를 피펫을 이용하여 정확히 잰 후 라벨 붙은 메스플라스크에 넣는다.

메스플라스크에 표선까지 증류수를 채운 후 파라핀 랩으로 마개 하여 충분히 흔들어 정치한다

KMnO4 표준용액의 검량선 작성 및 미지시료 측정

분광광도계를 충분히 예열(30분 이상)한 후 최대 흡수파장인 540nm에 맞춘다.

증류수를 대조액으로 사용하여 영점조절(흡광도를 0에 맞춤)을 한다.

0.0001(M), 0.0002(M), 0.0003(M), 0.0004(M), 0.0005(M)제조한 과망간산칼륨 표준용액의 흡광도를 최대 흡수파장(540nm)에서 차례대로 측정한 후 표에 기록한다.

표준용액의 농도를 가로축에, 흡광도를 세로축에 취하여 그래프 용지위에 양자의 관계직선을 구한다.(검량선 작성)

교사가 만들은 미지시료의 흡광도를 최대 흡수파장에서 동일한 조건으로 구한 후 표에 기록한다.

교사에 의해 조제된 미지시료의 흡광도를 구하여 검량선으로 부터 농도를 찾아 기록한다.