시 온도가 감소한 50~60%, 70~80%, 90~100% 용액에서는 더욱 점도가 증가했을 것이라고 예측할 수 있고, Fig 5에서 해당 부분의 점도가 증가한다면 더욱더 완벽한 형태의 지수함수 그래프를 그릴 수 있을 것이라고 생각할 수 있다. 다양한 농도를 가진 용액의 온도에 따른 기준물질의 정보를 달리 설정해서 실험을 진행했다면 더욱더 정확하게 점도를 측정할 수 있었을 것이라고 생각한다.
4. Conclusion
이번 액체의 물성 실험은 액체의 여러 가지 물성 중 대표적으로 점도와 밀도에 대해서 알아보는 실험이었고, 액체는 다양한 농도의 물+에틸렌 글라이콜 용액을 사용하였다. 밀도는 용액의 무게와 부피를 이용해 계산하였고, 점도는 Ostwald\'s 점도계를 이용해 점도계의 일정 간격을 통과하는 시간을 측정해 이 값과 계산한 밀도, 물의 물성값들을 이용해서 계산하였다. 그리고 다양한 농도 용액의 농도에 따른 밀도 그래프는 선형 함수의 개형을 보였고, 이에 비해 농도에 따른 점도 그래프는 농도가 높아질수록 점도가 급격하게 증가하는 지수함수와 비슷한 개형을 보였다. 이 두 그래프의 농도-밀도, 농도-점도의 관계가 비례관계인 것은 에틸렌 글라이콜의 분자량과 점도가 물보다 더 크기 때문이다.
실험의 결과 각 농도용액들은 모두 온도가 달랐는데, 각 용액들의 점도를 계산하는 과정에서 그 각각의 다른 온도에서의 물의 물성값을 대입해 용액의 점도를 계산했어야했는데, 온도가 다른 물을 설정해 떨어지는 시간을 일일이 측정하는 것이 불가능했기 때문에 0% 농도의 용액을 기준물질로 설정하고 이 물질의 온도였던 22℃로 물성을 통일해 점도를 계산해주었다. 점도는 온도의 영향을 크게 받는 물성이기 때문에 이러한 설정에 따른 점도의 오차가 분명히 생길 수밖에 없었을 것이라고 생각한다. 그래프의 정확도를 알려주는 값인 값만 봐도 농도-밀도 그래프는 0.9692의 값을 나타내는 데에 비해 농도-점도 그래프는 0.7926의 상당히 낮은 값을 보였기 때문에 온도의 설정 때문에 점도 계산의 정확도가 더 떨어졌다는 것을 알 수 있다. 또한 농도-밀도 그래프도 완벽히 1에 가까운 값을 보인 것이 아니었기 때문에 실험 과정에서의 몇 가지 추가적인 오차의 원인을 분석해보면 다음과 같다.
먼저, 첫 번째 오차의 원인은 비중병의 달라진 무게에 따른 밀도 변화이다. 비중병을 이용한 용액의 무게 측정 과정에서는 가장 처음 비중병만의 무게를 쟀을 때는 26.86g 이어서 0% 용액을 넣어준 후 나온 비중병+용액의 무게에서 비중병만의 무게를 빼서 용액의 무게를 측정했다. 그리고 비중병에 들어있는 0%용액을 비운 후 10% 용액을 넣어주려 비중병의 무게를 다시 측정하였는데, 비중병의 무게가 0.1g 이 넘게 늘어나 있었다. 이 이유는 처음에는 완벽히 건조된 비중병을 사용해 비중병 안의 물기가 하나도 없는 상태에서 측정한 것이지만 두 번째에는 0% 용액을 비우고 물로 세척해 사용했기 때문에 비중병 안에 남아있는 물기로 인해 무게가 증가한 것이다. 이렇게 비중병 안에 건조되지 못한 채로 남아있는 물기로 인해 새로 측정한 10% 이상의 용액들의 무게도 조금씩 오차가 생겼을 것이고, 물이 섞임으로 인해 농도 자체의 변화도 있었을 것이다.
두 번째 오차의 원인은 마이크로 피펫에 잔류한 에틸렌 글라이콜 용액이다. 실험 초반 농도가 다양한 용액들을 제조할 때 정확한 양의 물과 에틸렌 글라이콜 용액을 취하기 위해 마이크로 피펫을 사용했다. 0~100% 농도의 용액을 제조하기 위해 5ml 씩 물과 에틸렌 글라이콜을 많은 횟수로 반복해 추출하였는데, 같은 용액은 피펫 팁을 갈아끼워줄 필요가 없기 때문에 물과 에틸렌글리콜의 팁을 따로 해서 추출했다. 물은 점도가 낮은 용액이라 상관이 없지만 에틸렌 글라이콜은 점도가 16.1cP로 상당히 높은 액체이기 때문에 피펫으로 반복해 추출하는 과정에서 피펫 안쪽 벽면에 에틸렌 글라이콜 용액이 잔류하면서 점점 쌓여 이것이 에틸렌 글라이콜 양의 정확한 추출을 어렵게 만들었을 수 있을 것이라고 생각한다.
마지막으로 앞서 언급하였듯이 온도의 차이로 인한 점도의 오차이다. 농도가 다른 용액들의 점도를 계산할 때, 용액 각각의 다른 온도를 고려하지 않고 22℃의 0% 농도용액인 물을 기준물질로 삼아 모든 다른 농도의 용액들도 22℃로 통일해 점도를 계산해주었기 때문에 이로 인한 점도값의 오차가 생겼다고 생각한다.
5. Reference
[1] 3학년 1학기 ‘단위조작이론 및 실험 1’ 실험노트