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Ostwald 점도계법에 의한 점도 측정
Ostwald 점도계법에 의한 점도 측정
Ostwald 점도계법에 의한 점도 측정
1. Title : Ostwald 점도계법에 의한 점도 측정
2. Date : 2011년 4월 1일 금요일
3. Purpose
Ostwald 점도계를 이용하여 물질의 점도 및 상대점도를 측정하고, 이를 이용하여 물질의 분자량을 계산한다.
4. Principle
일반적으로 어떤 액체의 유속은 그 액체의 점도에 의하여 결정된다고 말할 수 있다. 더 정확히 말하자면, 액체 한 층이 다른 층을 지나 이동할 때 겪는 저항을 점도라고 한다. 관 속을 흘러갈 때 흐름의 속도는 중심부로 갈수록 빨라지는데 이런 흐름을 층류라 하며, 소용돌이나 난류가 흐르지 않는다. 원형의 관 속에 있는 액체 기둥은 동심층, 즉 동심 원통의 액체들로 이루어져 있다고 간주할 수 있다.이 마찰의 크기가 액체의 점도를 결정해 준다. 액체에 1cm2 당 1dyne의 힘을 가할 때 서로 1cm 떨어져 있는 두 평행한 1초당 1cm의 상대속도로 서로 흘러지나가게 되면 이때 그 액체의 점도를 1 poise 라고 정의한다. 점도계수는 보통 희랍문자 (eta)로 나타낸다.
점도를 측정할 때 가장 흔히 사용되는 기구는 Ostwald 점도계이다. 보통의 점도계에는 유리막대 연결봉이 붙어있지 않으나 유리세공을 할 줄 알면 붙일 수 있다. 이 막대를 붙여 놓으면 힘을 주었을 때 점도계의 U자관의 아래쪽 부분이 깨어지는 일이 적어진다. 이 기구를 가지고 점도를 측정하는 방법의 오체는 일정한 부피를 가진 액체가 중력의 영향을 받아 길이와 반지름이 알려진 모세관을 통해 흘러내는데 소요되는 시간을 측정하는 것이다. poiseuille는 이론적으로 Ostwald 방법에 적용될 수 있는 식을 유도하였는데, 그 식은 다음과 같다.
--------- (1)
여기서 P는 액체에 가해지는 압력, t는 흘러내리는 시간, l는 모세관의 길이, V는 액체의 부피이다. 특정온도에서 어떤 물질의 상대점도를 측정하려면 그 온도에서 액체가 흘러내리는데 소요되는 시간과, 에서 같은 부피의 물이 동일한 점도계를 흘러내리는데 소요되는 시간을 측정해야 한다. Ostwald점도계에서는 액체의 압력이 밀도에 비례하고 식(1)의 r, V,ㅣ 등은 두 액체에 다 같으므로 점도의 식은 다음 식으로 주어진다.
--------- (2)
식 (2)를 사용하여 주어진 온도에서의 물의 점도를 25℃에서의 물의 점도에 대한 상대적인 값으로 구할 수 있다. 상대 점도를 알면 물질의 상대 점도에 25℃의 물의 점도를 곱해 절대점도를 계산할 수 있다. Ostwald법은 점성이 아주 크거나 꽤 큰 액체들의 점도를 측정하는 데에는 적합하지 못하다. 점도는 온도가 낮을수록, 혼합이 많이 될수록 높아지는데, 기체나 분자량이 큰 Polymer의 경우에는 이 법칙이 성립하지 않는다. Polymer의 점도는 분자구조와 상관없이 분자량에 따라 결정되므로, 이를 이용하여 고분자 물질의 분자모형과 분자량 측정에 사용할 수 있다.
Ostwald 점도계법은 점도가 작은 물질을 측정할 때 사용하고 공낙하법은 점도가 큰물질을 측정할 때 사용한다. 점도란 얼마나 끈끈하냐를 말하는 것이다.
수도꼭지를 틀면 중심부가 빨리 내려오는 것을 보아 중심부의 속도가 더 빠른 것을 확인해볼 수 있다.
위의 (1)식으로 바로 값을 구할 수 없기 때문에 (2) 식으로 η1을 구한다.
점도 = 상대점도 X 25℃의 물점도로 구한다.
주의. 모세관에 이물질이 있으면 시간에 오차가 생기기 때문에 이물질 없이 깨끗해야한다. 모세관에 공기방울이 들어가면 오차가 생기게 된다. 항온을 잘시켜야한다.
5. Apparatus & Reagents
1) Apparatus
① Ostwald viscometer
② Temperature controller & Water tank
③ Thermometer
④ Stand
⑤ Clamp
⑥ Erlenmeyer flask
⑦ Transfer pipet
⑧ Rubber bulb
⑨ Stop watch
2) Reagent
[ Table 1. 시약 및 특성 ]
Name
Formula
M.W
m.p(℃)
b.p(℃)
d
Ethanol
CH3CH2OH
46.07
-114.5
78.3
0.789
6. Procedure
① Ostwald 점도계를 뜨거운 세정액으로 잘 씻는다. (증류수로 최소 5번이상)
② 증류수를 점도계의 윗금과 아랫금 사이에 피펫을 사용하여 채운다.
③ 점도계를 항온조 속에 넣고 기다린다. (열평형을위해)
④ 점도계의 모세관쪽 관 위쪽에 피펫의 고무 bulb을 연결하고 액체를 공의 조금 위까지 빨아올린다.
⑤ 수면이 표지의 윗금에서 아랫금RK지 흘러내리는 시간을 측정한다.(4번이상)
⑥ 25℃ , 40℃ , 50℃ 온도에서 위 과저을 반복하여 측정한다.
⑦ 에탄올을 가지고 위의 과정을 똑같이 반복한다.
7. Experiment Illustration
[ Fig 2-1. Measuring Viscosity with Ostwald Viscometer]
a. Stand
b. Ostwald viscometer
c. Clamp
d. Erlenmeyer flask
e. Temperature controller
f. Water tank
8. Result
1) 실험환경 : 기온 18.5℃, 습도 85%, 기압 784 mmHg
2) 상대점도 측정
[ Table 2. 온도에 따른 유하시간 ]
물
에탄올
온도(℃)
50
40
25
50
40
25
1회(s)
10.23
11.41
13.43
16.1
17.2
21.5
2회(s)
10.04
11.53
13.59
15.8
17.5
21.5
3회(s)
10.65
11.76
13.42
16.1
17.1
21.9
4회(s)
10.47
11.28
13.51
15.7
17.2
21.6
5회(s)
10
자료출처 : http://www.allreport.co.kr/search/detail.asp?pk=11042548&sid=qjfRnf777&key=%C1%A1%B5%B5%B0%E8
[문서정보]
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파일종류 : HWP 파일
자료제목 :
파일이름 : Ostwald 점도계법에 의한 점도 측정.hwp
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