엔트로피(화학)

1. 실험 이론

1) 분자결정

결정이란 고체 속에 있는 원자, 분자 및 이온 등이 입체적으로 규칙적인 배열을 이룬 고체를 말한다. 결정은 원자결정 (공유결정), 분자결정, 이온결정, 금속결정이 있다. 그 중 분자결정은 분자들 사이의 아주 약한 분자간의 인력이 작용한 분자의 결정이다. 결정의 단위는 분자이고 분자간의 인력이 약하므로 대부분 녹는점이 낮고 대부분 상온에서 승화하는 성질을 가진다. 분자 결정의 예로는 아이오딘, 나프탈렌, 황, 네온, 산소, 드라이아이스, 염소가 있다.

2) 분자결정이 생기는 원리

분자결정은 고체가 승화하고 다시 고체로 승화하는 과정을 통해서 석출된다. 밀폐된 용기의 경우 증발이 일어날 때까지 일어나게 되면 용액이 더 이상 줄어들지 않는 것으로 증발이 일어나지 않는 것을 확인할 수 있는데 이러한 상태를 증기가 고체나 액체와 동적평형상태에 있다고 하고 그때의 기압을 포화증기압, 즉 증기압이라고 한다. 고체도 액체와 마찬가지로 일정한 증기압을 가지는데 기화의 경우와 마찬가지로 고체도 주어진 온도에서 포화증기압과 같아질 때까지 승화가 진행된다. 승화는 1기압보다 삼중점(하나의 성분에서 이루어지는 계에서 기상(氣相), 액상(液相), 고상(固相)의 삼상(三相)이 평형 상태에 있는 점)이 아래에 존재하는 물질에게 일어나는 현상인데 즉, 삼중점 이하의 온도와 압력에서 고체는 융해하지 않고 승화를 통해 기체가 된다는 것이다. 이러한 기체의 온도가 급속하게 내려가면 고체로 냉각 승화하여 결정으로 석출된다.

2. 준비물

알코올램프, 둥근 플라스크, 비커2개, 삼발이, 철면 쇠그물, 물, 고체 나프탈렌, 아이오딘, 얼음, 물, 온도계

3. 실험 방법 

 * 나프탈렌

1) 나프탈렌 5g을 측정 후에 200mL 비커에 넣는다.

2) 500mL 비커에 물을 1/3만큼 채우고 나프탈렌을 넣은 비커를 넣고 중탕한다.

3)　어느 정도 가열이 되면 둥근 플라스크 안에 얼음을 넣고 비커위에 얹어 놓는다.

4) 녹는점이 80℃인 나프탈렌을 고려하여 80℃이하로 온도를 유지시킨다.

5) 20분마다 차가운 플라스크 바닥에 맺힌 결정을 관찰하며 확인 한다.

* 아이오딘

1) 아이오딘 5g을 측정 후에 200mL 비커에 넣는다.

2) 500mL 비커에 물을 1/3만큼 채우고 아이오딘을 넣은 비커를 넣고 중탕한다.

3) 어느정도 가열이 되면 둥근 플라스크 안에 얼음을 넣고 비커위에 얹어 놓는다.

4) 20분마다 차가운 플라스크 바닥에 맺힌 결정을 관찰하며 확인한다.

4. 실험결과

나프탈렌 결정 실험에서 결정은 무색이었으며 결정이 정말 얇았고 조금만 흔들어도 금방 떨어졌다. 아이오딘 결정 실험에서 결정은 검은색이었고 나프탈렌 결정보다는 더 뚜렷하게 보였으며 더 반짝거렸다. 아이오딘 결정 또한 조금만 흔들어도 바로 떨어질 것 같았다.