[일반 화학실험 1] 01. 유리 세공

예비 보고서Ⅰ. 실험 제목 : 유리 세공Ⅱ. 실험 일시: 2022/03/14Ⅲ. 실험 목적: 화학 실험 시 자주 다루게 되는 간단한 유리 기구를 직접 제작해 봄으로써 그들이 성질을 이해하고 다룰 수 있도록 한다. Ⅳ. 기초이론 및 실험원리 1) 유리: 유리는 이산화규소로 이루어진 무색무정형의 고체 혹은 점성이 매우 큰 액체화학적 관점에서는 액체로 분리일반적 화학 고체 액체- 과냉각 액체 : 녹는점과 결정구조가 없는 비결정성 고체로 점성이 매우 높음 – 유리화 온도 (= 유리 전이 온도) : 이 온도에서 단단한 고체의 성질에서 부드러운 젤리의 상태를 거쳐 꿀처럼 끈적한 상태로 변화함 – 열팽창률 : 열전도가 낮고 급가열 및 냉각으로 인해 외/내부 온도의 차이가 나는 경우, 즉 열충격 상태일 때 열팽창률에 의해 깨질 수 있음 (주로 외부가 급냉각될 때 외부 유리의 수축으로 인해 깨짐) – 크랙광택 : 유리광택이 관찰된다고 해도 두 가지 장점이 있음유리의 장점 ① 화학적 안정성 때문에 내용물과의 반응이 없었고, 내용물의 변질이나 오염이 있었다.② 차광성이나 가스 차단성이 우수하다.③ 투명하게 내용물을 확인할 수 있다.④ 사용 범위가 넓다.⑤ 시간 경과나 사용에 따른 변형이 없음.⑥ 용기 성형에 의한 유연성이 우수함.⑦ 10~20회 정도 재활용이 가능해 경제성이 있다.⑧ 파소 시 유리 원재료로 재활용이 가능하다.3) 열팽창률 : 일정 압력시 온도에 따른 액체의 길이 및 부피 변화온도 입자의 운동 길이 · 부피 상승 ↑↑ 하강 ↓↓⇒ 온도가 상승하면 입자의 운동이 활발해져 서로 떨어지려 하는 경향이 증가하기 때문에 길이와 부피가 변하는 4) 유리화 온도(유리 전이 온도)- 용융 : 결정성 고분자에서 일어나는 전이로 결정구조에서 고분자 사슬이 퍼져 정돈된 구조를 잃는 것 – 유리 전이 : 무정형 고분자에서 일어나는 현상으로 정돈되지 않은 구조에서 전이되는 것, 고분자에서 무정형이 차지하는 부분은 일반적으로 4-70%이지만 유리의 경우 무정형 부분이 90%에 해당한다. 즉, 용융이 아닌 유리 전이가 발생한다.안전한결정성완전무정형용융온도(Tm)만,유리전이온도(Tg)만5) 불꽃놀이- 겉불꽃 : 가장 바깥쪽에 있는 불꽃으로 가장 온도가 높고 산소공급이 충분하여 완전연소가 이루어지고 다른 물질을 산화시키는 성질이 있어 산화불꽃이라고도 함 – 중불꽃 : 겉불꽃에 의해 산소공급이 차단되어 연소가 잘 되지 않아 겉불꽃에 비해 온도가 낮으며, 이로 인해 완전히 타지 않은 탄소 알갱이가 산화되기 때문에 다른 물질로부터 산소를 빼앗는 작용이 있어 환원불꽃이라고도 한다 – 불꽃의 중심부에 위치한온도 불꽃 알록달록한 불꽃 약 1400℃X중불꽃 약 1200℃ 가장 밝은 불꽃 심약 400~900℃ 가장 어둡다Ⅴ. 실험 기구 및 시약 – 알코올 램프 – 연질 유리관 – 줄 – 니트릴 장갑 Ⅵ. 실험방법 유리관 굽힘① 유리관을 가열 부분이 부드러워질 때까지 약 1분 정도 천천히 굴린다. ② 가열 부분이 부드러워지면 유리관을 조금씩 구부린다.③ 약간 휘었다가 구부러진 둘레를 조금씩 돌리면서 가열하고 서서히 구부린다.④ 원하는 모양으로 구부려 딱딱해질 때까지 잡고 있다. 유리관 펴기 ① 유리관을 가열 부분이 부드러워질 때까지 약 1분 정도 천천히 굴린다. ② 유리관을 양손으로 조금 눌러 가열된 부분이 조금 두꺼워지도록 한다.③ 뜨거운 유리관을 몇 초간 돌린 뒤 불꽃에서 꺼내 가볍게 잡아당긴다.④ 가늘게 뻗은 유리관을 상온에서 식힌다. 결과 보고서유리관 굽힘실험 툴을 준비한다.손을 보호하기 위해 장갑을 낀다.이때 헐렁해지지 않도록 자신의 손에 꼭 맞는 장갑을 선택한다.나는 헐렁헐렁한 장갑을 끼고 있다..라이터 등을 이용해 알코올 램프에 불을 붙인다.헐을 이용할 때는 항상 조심하세요변형을 일으키려는 부위를 불꽃에 대고 부드럽게 굴리면서 열을 가한다.부드러워지면 양손으로 힘을 가해 구부린다.매우 뜨겁기 때문에 유리가 식을 때까지 기다려 준다.그러면 완성, 유리관을 펴는위와 같은 방법으로 가열하고, 이번에는 양 끝을 수평으로 당긴다.유리관이 얇아지는 것을 확인한다. 토의이번 실험을 통해서 유리 같은 무정형의 과냉각 액체 물질은 유리화 온도를 가지고 그 온도로 성형이 가능한 부드러운 상태로 변화하는 것으로 나타났다.다만 실험 과정에서 손을 보호하기 위해서 실험용 니트릴 장갑을 착용했지만, 소재가 얇은 고무인 라텍스의 특성상, 가열된 유리에서 손을 보호하지 못하고 잘못하면 화재로 이어질 뻔한 아찔한 상황도 있었다.또 양손을 이용하고 유리관을 쥐고 힘을 가하기 때문에 굽히며 부위에 정확하게 힘을 가하기 어렵고 섬세한 작업이 못 했다.그러므로 다음의 실험 때 두꺼운 장갑을 착용하고 섬세한 작업 때문에 쇠 집게 등의 도구를 이용한 것이 좋다.다른 조에서 여러번 굽은 유리관에 물을 흘리고 관으로서의 역할을 제대로 수행할 수 있는지 확인하는 과정에서 가열된 유리 조각과 차가운 수돗물의 사이의 온도 차이에 의해서 유리관이 깨지는 것을 목격하고 유리가 충분히 냉각된 식기 전까지 찬물을 흘리지 않게 유의해야 한다고 생각했다.이번에는 유리 고유의 특징을 육안으로 확인하고 이를 이용하고 다양한 형태를 만들 수 있다는 가능성을 볼것에 그친 것 같아 아쉬웠다.다음에 똑같은 실험을 진행한다면 스포이트와 모세관처럼 다양한 실험 기구를 직접 만드는 단계까지 진행하고 싶다.가능하면 깨진 유리를 재활용하고 새로운 유리를 만드는 실험도 하고 싶다.