[물리 화학 실험] 전도도 측정 예비 보고서

전도도 측정

황정현, 박기훈, 전국진, 유상일

금오공과대학교 고분자공학과 물리화학실험 야간2조

 

목적

1.     교류브리지를 사용하여 아세트산의 전기 전도도를 측정한다.

2.     결과를 오스트발트(Ostwald)의 희석율에 의해 아세트산의 해리상수를 정한다.

이론적 배경

1. 전기전도도
   
   용액이 전류를 운반할 수 있는 정도
   용액중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 항목
   전기저항의 역수( ohm-)  때때로 mho : 국제적으로 S(Siemens)단위가 통용
2. 측정원리
   
   용액에 담겨있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며,
   이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한 것
   전도체의 저항 R은

R(Ω) = ρㆍι/A

ρ : 저항도(Ω㎝)

ι: 두 전극간의 거리(㎝)

A : 단면적(㎠)

전기전도도(L) : L = 1/R = (A×K)/ι

K(=1/ρ) : 비전도도(=Specipic Conductance) (=1/ohm-㎝)
               혹은 mho per centimeter
 

전기전도도는 온도차에 의한 영향(약 2%/℃)이 큼
- 측정 결과차의 통일을 기하기 위하여 25℃에서의 값으로 환산하여 기록

3.    시료의 전기 전도도 측정 

①    전기전도도 측정계에 전원을 넣는다

②    시료를 사용하여 셀을 2~3회 씻어준다

③    시료중에 셀을 잠기게 하여 25±0.5℃를 유지

④    셀상수의 측정 및 셀의 보정과 같은 방법으로 반복측정

⑤    평균값을 취하여 다음식에 따라 시료의 전기전도도값을 산출

L = C × LX

 

 

L : 25℃에서 시료의 전기전도도값(μS/㎝)

C : 셀상수(㎝-1)

L_X : 측정한 전기 전도도값(μS)

4.    오스트발트의 희석률

1888년 독일의 화학자 F.W.오스트발트가 실험적으로 확인하였다. 약한 전해질 수용액에서는 이온화된 결과 생긴 이온과 비이온화된 전해질분자 사이에 이온화평형이 성립한다. 아세트산을 예로 들면 다음과 같다. CH₃COOH H⁺＋CH₃COO^- 아세트산 1 mol을 Vℓ속에 녹였을 때, α mol만 이온화되어 평형에 이른다. 이 때 α는 이온화도에 해당하고 수소이온 및 아세트산이온은 각각 α mol이 생기므로 비해리된 아세트산은(1－α) mol이 된다.

이들 세 가지의 농도를 질량작용의 법칙에 적용하면
   
가 된다. 여기서 K를 이온화상수라고 하고, 이 관계식을 오스트발트의 희석률이라고 한다. 아세트산 등의 약한 전해질에서는 잘 성립되지만 강한 전해질에서는 적용할 수 없다. 약한 전해질에서도 농도가 높은 곳에서는 K가 약간 변화한다. 이것은 본래 활성도를 사용해야 하는 질량작용의 법칙에 농도를 사용한 데서 오는 오차이다.

5.    참고 문헌

휘트스톤 브리지 이론

	브리지라 함은 다리를 뜻하는 영어의 Bridge 이다. 다이아몬드 형의 철교에서 유래하여 그 이름을 따 온 것이다. 4개의 저항을 대칭으로 접속하여 그림처럼 만들고 검류계를 설치하여 전압을 가하면 회로에 전류가 흘러 각 저항에 전압강하가 발생한다. 검류계가 접속된 중간지점인 c-d 에 전압이 같아지면 전위가가 "0"이되어 전류는 흐르지 않아 검류계는 중간을 지시한다. 이때, 전위는 평형(같아짐)이 되었다 한다. 각 저항의 전압강하는 저항의 크기에 비례한다.
저항의 전압강하는 저항에 비례하여 발생하므로 저항의 비례는 전압의 비례가 되므로 이를 이용하여 미지의 저항을 구한다. 마주보는 저항을 서로 곱한 값은 같다. PR=QX를 이용한다.  기구 및 시약 기구 시약 전도도용기 항온조 납축전지 대형건전지 휘트스톤브리지 전도도 셀 피펫 KCl CH3COOH 중크롬산칼륨 염화백금산     휘트스톤 브리지   피펫            항온조                 납축전지

실험방법

1) 전도도 용기의 준비

백금전극의 표면적을 크게 하여 감도를 향상시키기 위해 전극표면에 백금흑을 도금한다. 우선 전극을 10% 중크롬산-황산 혼합용액중에 약 24시간 방치하여 오염된 물질을 산화 제거한 다음, 증류수로 몇 번 씻고 이것을 1~3% 염화백금산(H₂PtCl₆·6H₂O) 용액으로 5Amp에서 약 30~ 60초간 전기분해하면 양극에 백금흑이 전착된다. 30~60초마다 전류의 방향을 바꾸 어 양쪽 극에 균일하게 백금흑이 전착될 때까지 이와 같은 전기분해를 몇 번 반복한다. 백금흑은 2H⁺ + 2e ⇄ H₂(g) 반응이 전극표면에서 빠르게 가역적으로 일어나도록 표면적을 크게 하는 역할을 한다.

백금흑이 전착된 전극을 증류수로 잘 씻은 후, 0.5N 황산용액으로 2Amp에서 10분간 편극시켜 백금흑에 부착된 염소를 환원 제거한다. 백금흑을 전착시킨 후에는 증류수 속에 보관하고 전극이 건조되지 않도록 주의하여야 한다. 전도도 용기를 전도도수로 2~3회 씻은 후, 전도도수를 전극상단부터 약 1~2cm 위까지 채우고 항온조에 담가 온도가 일정하게 될 때까지 방치한다.

전도도수는 이온교환수와 질소기체(CO₂를 함유하지 않은 것)를 취입하여 물에 녹아있는 CO₂를 저가한 후 소량의 중크롬산칼륨을 넣어 증류하여 제조한다. 전도도수의 비전도도는 대략 1~2×10^-6정도면 충분하다.

2) 용액의 제조

0.1, 0.05, 0.01, 0.005, 0.001N 아세트산용액을 제조한다. 또 셀 상수를 구하기 위해 정확한 농도(0.1N)의 KCl 용액을 제조한다. 또 위의 수용액을 제조할 때는 소오다- 석회관을 통해서 공기(또는 질소)를 취입하여 탈 탄산된 증류수를 사용한다. 탈 탄산수는 준비하는데 시간이 걸리므로 시약 제조시 외에는 가급적 사용하지 않는다. 실험이 끝나면 다음 실험자를 위해 탈 탄산장치에 증류수를 반드시 보충하고 공기(또는 질소)를 계속 통하여야 한다.

 

 

Reperence

지식로그, 오스트발트의 희석률, 090519,

http://www.jisiklog.com/qa/ref/?id=4745958

 

네이버, 전기전도도, 090519

http://www.naas.go.kr/environment/ana/%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%A0%84%EB%8F%84

EB%8F%84-mth.htm

네이버, 휘트스톤 브리지, 090519

www.multispace.co.kr/junki/dc/images/2-16.gif