홍라이프 계산기연소 분석 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
연소 분석은 무게를 잰 유기 화합물 시료를 태워 생긴 이산화탄소와 물을 모아 실험식을 찾는 방법입니다. 이 계산기는 그 질량으로 원소 백분율, 실험식, 몰질량이 있으면 분자식까지 구합니다.
계산 방법
- 탄소: mC = mCO₂ × 12.011 ÷ 44.009, 수소: mH = mH₂O × 2 × 1.008 ÷ 18.015
- 산소는 차이로 구합니다: 시료 질량 − C − H(시료의 0.5% 미만이면 0)
- 각 원소의 몰 = 질량 ÷ 원자량, 가장 작은 값으로 나눈 뒤 모두 정수에서 0.1 이내가 될 때까지 1, 2, 3 … 12를 곱합니다.
- 분자식: n = 몰질량 ÷ 실험식량(반올림)
원리
과량의 산소에서 태우면 모든 탄소 원자는 CO₂로, 모든 수소 원자는 H₂O로 바뀌며, 이를 따로 붙잡아 무게를 잽니다. CO₂ 하나에 탄소 원자가 하나 있으므로 탄소 질량은 CO₂ 질량에 CO₂ 속 탄소 비율(12.011 ÷ 44.009)을 곱한 값입니다. 물 속 수소도 같은 방식입니다. 연소에 산소 기체도 쓰이므로 시료의 산소는 이렇게 잴 수 없어 차이로 구합니다.
예제 풀이
기본값: 시료 10.00 mg, CO₂ 19.11 mg, H₂O 11.73 mg, 몰질량 46.07 g/mol
- C = 19.11 × 12.011 ÷ 44.009 ≈ 5.216 mg(52.16%), H = 11.73 × 2.016 ÷ 18.015 ≈ 1.313 mg(13.13%)
- O = 10.00 − 5.216 − 1.313 ≈ 3.472 mg(34.72%)
- 몰: C 0.4342, H 1.302, O 0.2170 mmol → 비율 2.00 : 6.00 : 1.00
- 실험식 = C₂H₆O, 실험식량 46.069 g/mol
- n = 46.07 ÷ 46.069 = 1이므로 분자식도 C₂H₆O(에탄올 또는 다이메틸 에테르)
결과 해석
화학식은 조성을 알려 줄 뿐 구조를 알려 주지는 않습니다. C₂H₆O는 에탄올일 수도 다이메틸 에테르일 수도 있으며, 화합물을 확인하려면 분광법(IR, NMR, MS)이 필요합니다. 비율이 정수에 가깝지 않다면 무게 측정이나 흡수 과정의 오류를 확인하십시오.
흔한 실수
- 2.016 ÷ 18.015를 곱하지 않고 물의 질량을 수소 질량으로 쓰는 경우
- 몰 비를 너무 일찍 반올림하는 경우(1.5는 2로 반올림하지 말고 2를 곱해야 함)
- 산소를 차이로 구한다는 점을 잊는 경우
- 질소, 황, 할로젠이 있는 화합물에 추가 분석 없이 적용하는 경우
자주 묻는 질문
연소 분석으로 실험식을 어떻게 구하나요?
CO₂를 탄소로, H₂O를 수소로 바꾸고 산소는 차이로 구한 뒤, 몰로 바꿔 가장 작은 정수비를 찾습니다.
산소를 차이로 구하는 이유는?
연소에 산소를 공급하므로 생성물의 산소가 모두 시료에서 온 것이 아니기 때문입니다.
실험식과 분자식의 차이는?
실험식은 가장 간단한 정수비이고, 분자식은 그 정수배입니다.
원소 백분율 합이 100%가 안 되면?
산소를 차이로 구하므로 항상 100%가 되며, 질소 등 다른 원소가 있다면 산소 값에 섞여 들어가 결과가 틀릴 수 있습니다.
출처: Zumdahl, S. S. & Zumdahl, S. A., Chemistry, 10th ed. Cengage (combustion analysis) · IUPAC, Standard atomic weights (C 12.011, H 1.008, O 15.999)