7회차, 스테아르산 가열 냉각
이번에는 열을 가하거나 없앨 때 물질의 온도가 어떻게 변하는지 확인하는 실험이다.
보통 열을 가하면 물질을 이루고 있는 분자의 운동이 활발해지기 때문에 분자 사이의 충돌이 많아져 부피가 조금씩 늘어나고
그러다 어느 순간이 되면 고체solid는 액체liquid로 변한다. 이 때의 온도를 녹는점 melting point라 부른다. 그리고 계속 열을 가하면 액체 역시 부피가 늘어나다가 어느 순간이 되면 기체gas로 변하기 시작한다. 이 때의 온도가 끓는점boiling point.
보통 물의 끓는점은 섭씨 100도로 알려져 있는데...
이건 주변 기압이 1기압일 때, 순수한 물의 끓는점이다.
가끔 왜 하필 100도에서 끓는지 물어보는 경우가 있는데... 그게 섭씨 온도Celcius를 그렇게 정했기 때문이다.
애초에 1기압에서 물이 어는점을 0, 끓는점을 100으로 하고 그 사이를 100등분을 한 것이 섭씨온도이기 때문에
물이 왜 100도에서 끓는지 물어보는건 좀....
그럼 온도를 재는 단위가 섭씨 밖에 없을까?
물이 어는점을 32, 끓는점을 212로 설정해서 그 사이를 180등분한 화씨 단위 華氏, Fahrenheit도 있다. 독일사람인 Fahrenheit의 이름을 중국에서 한자로 옮기다보니 화륜해특(華倫海特)이 되었고.. 화씨 성을 가진 사람이 정한 온도라고 이름을 붙이게 되었다.
섭씨 온도 역시 눈치챘겠지만... Celicius를 중국에서 한자로 옮길 때 섭이수사(攝爾修斯)가 되어 섭씨 성을 가진 사람이 정한 온도라 섭씨....
그리고 과학에서 제일 좋아하는 것은 분자의 운동을 기준으로 정한 절대온도가 있는데... 앞서 말한 두 가지 상대온도와 달리 분자의 운동이 완전히 멈추는 순간-이상기체의 부피가 0이 되는 순간-의 온도를 0K(Kelvin)으로 설정한다. 이 온도는 섭씨 온도로는 -273.16도에 해당한다.
스테아르산을 담은 시험관을 직접 가열하지 않고 물에 넣어 중탕 Double boining을 한다.
왜 직접 가열하지 않는지는 어제 알려주지 않았는데... 이런 몇 가지 이유로 중탕을 한다.
1. 녹는점melting point, 끓는점boiling point이 낮은 물질은 불꽃으로 직접 가열하지 않음 - 초콜릿을 녹일 때 중탕을 하는 것도 같은 이유
2. 불이 붙기 쉬운 물질도 뜨거운 불꽃때문에 불이 붙을 수 있어 직접 가열하지 않음
3. 100도 이하로 서서히, 고르게 가열하고 싶을 때
4. 갑자기 불꽃에 가까운 부분이 끓어올라 넘치는 것bumping 막기 위해
단순한 과정인데 어느 실험보다 끈기있게, 시간을 지키며 관찰하고 기록해야 한다.
열심히 시계를 보고 온도를 재서 T테이블을 만들었는데....
그 결과를 이용해서 그래프를 그려보니 이렇게 되었다.
<스테아르산을 중탕하면서 30초 간격으로 온도를 측정>
온도가 서서히 올라가다가 어느 순간 급격히 올라가는데 그 순간에 하얀색 스테아르산 덩어리가 다 사라지는 것을 봤다
그 다음에는 섭씨 98도 정도에 이른 스테아르산이 담긴 시험관을 꺼내 공기중에서 식히면서 30초 간격으로 온도를 잰 결과를 그래프로 옮긴 것이다
<스테아르산을 냉각하면서 30초 간격으로 온도를 측정>
시험관을 얼음에 넣어 식혔으면 보다 결과를 잘 얻을 수 있었을 것 같다.
시간이 부족해서 테이블의 수치를 그래프로 옮기는 연습을 하지 못했는데 이건 다음 기회에!
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추석을 맞아 비행기를 타게 될테니
이륙하기 전과 착륙하기 전에 비행기 날개가 어떻게 변하는지 살펴보는 것이 이번 주의 과제!