끓는점 오름의 비이상성 관찰과 입자적 관점의 설명
Observation on Nonideality of Boiling Point Elevation and Microscopic Model
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초록
끓는점 오름은 거시적 현상을 입자적 관점으로 해석한다는 측면에서 화학교육에서 중요하게 다뤄져 왔다. 그러나 끓는점 오름 개념의 중요성에도 불구하고, 화학교육 분야에서 끓는점 오름에 대한 구체적인 실험 방법과 결과를 논의한 문헌은 찾아보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 끓는점 오름에 대한 정량적 측정을 통해 실제와 이론을 비교하고, 실제와 이론과의 차이를 설명하는 설명 모형을 제안하고자 하였다. 이를 위해 용액의 과가열을 방지하고 열평형을 유지하는 끓는점 측정 장치를 제작하였고, 이를 사용하여 포도당, 엿당, 설탕, 레졸시놀 등 비전해질 수용액의 농도별 끓는점 오름값을 측정하였다. 실험 결과, 포도당, 엿당, 설탕의 경우, 농도가 진해질수록 이론적으로 유도된 끓는점 오름 기댓값보다 더 큰 끓는점 오름(양의 편차)을 보였고, 레졸시놀의 경우에는 농도 증가에 따라 끓는점이 오르되 기댓값보다는 더 작은 경향(음의 편차)을 보였다. 용질 간에 끓는점 오름 경향성의 차이는 증기압 내림 설명 방식에 더불어 표면장력 개념을 도입하여 설명되었다. 본 연구에서 제시한 끓는점 오름의 실제와 입자적 관점의 설명 방법은, 끓는점 오름에 대한 심도 있는 이해를 증진하고 추후 화학교육에서 심화학습 자료로 사용될 수 있다는 점에서 의의가 있다.
Abstract
Boiling point elevation has been important in chemistry education in terms of interpreting macroscopic phenomena from a microscopic viewpoint. However, in spite of the importance of the boiling point elevation concept, it is hard to find any documents discussing experimental methods and results of the boiling point elevation in the field of chemical education. Therefore, in this study, we tried to compare the reality and the theory through quantitative measurement of the boiling point elevation, and proposed an explanatory model that explains the difference between the reality and the theory. For this purpose, a boiling point measurement instrument which prevents overheating of the solution and maintains thermal equilibrium was prepared. And boiling point elevation values of nonelectrolyte(such as glucose, maltose, sugar, and resorcinol) aqueous solutions were measured. In the cases of glucose, maltose, and sugar solutions, the boiling point elevation values increased more than the theoretically expected values with increasing concentration (positive deviation). On the other hand, in the case of the resorcinol, the boiling point elevation values increased less than the expected (negative deviation). The difference in the tendency among solutes was explained by introducing the concept of surface tension in addition to the explanatory model of vapor pressure depression. The reality of the boiling point elevation and the microscopic model presented in this study are meaningful in that they can be used as a learning material in chemistry education to promote a deeper understanding of the boiling point elevation.
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