기체 포집 실험에서 예측보다 적은 기체가 측정되는 이유

한 학생이 마그네슘 0.100 g을 과량의 염산과 반응시킨다. 화학량론에 따르면 25°C, 101.3 kPa에서 물 위로 포집되는 기체의 부피는 약 104 mL여야 하지만, 메스실린더의 눈금은 87 mL만 가리킨다. 반응에서 수소가 예상보다 적게 생성된 것일까, 아니면 수소가 일부 생성되었지만 포집 장치에 도달하지 못한 것일까?

부피 측정값만으로는 이 두 가지 설명을 구분할 수 없다. 문제를 진단하려면 반응 자체에서 최종 측정에 이르기까지 기체가 이동하는 경로를 따라가면서 각 단계에서 어떤 일이 일어날 수 있는지 확인해야 한다.

01실험 과정에서 기체가 이동하는 경로를 따라가기

마그네슘이 염산과 반응하고 수소를 수상 치환으로 포집하는 전형적인 학교 실험을 생각해 보자.

기체는 다음과 같은 경로를 따른다.

1. 질량을 측정한 마그네슘을 반응 플라스크에 넣는다.
2. 염산을 첨가한다. 반응이 진행되면서 수소가 생성되기 시작한다.
3. 고무마개와 도출관을 이용해 기체가 플라스크 밖으로 이동하도록 한다.
4. 도출관을 통해 기체를 수조 안의 물이 가득 찬 뒤집힌 메스실린더로 보낸다.
5. 메스실린더 안으로 들어온 수소가 물을 밀어내고, 눈금으로 포집된 기체의 부피를 측정한다.

이 장치는 기체를 하나도 잃지 않고 반응 용기에서 메스실린더로 옮기도록 설계되어 있다.

모든 과정이 완벽하게 진행된다면 실험 결과는 어떠해야 할까?

염산이 과량이고, 마그네슘이 순수하며, 반응이 완결되고, 기체가 전혀 새어 나가지 않는다면 생성된 수소의 양은 화학량론적 예측과 일치해야 한다. 이때 온도, 압력, 수증기의 영향을 고려하면 측정 부피도 예측 부피와 일치해야 한다.

하지만 이처럼 일치하는 결과를 얻으려면 얼마나 많은 조건이 제대로 충족되어야 하는지 살펴보자.

기체가 새어 나가면 수소가 손실될 수 있다. 반응이 불완전하면 예상보다 적은 몰수의 수소가 생성될 수 있다. 기체가 포집 장치까지 도달하지 못하고 장치 내부에 남을 수도 있다. 생성된 기체를 정확한 양만큼 포집했더라도 실제 기체의 온도나 압력이 가정한 조건과 다르면 최종 부피가 예측값과 달라질 수 있다.

첫 번째 실험에서 확인한 것은 예측과 측정값 사이의 차이다. 다음 단계는 그 차이를 설명할 수 있는 과정상의 문제가 무엇인지 찾아내는 것이다.

02화학량론은 메스실린더의 눈금이 아니라 몰수를 예측한다

먼저 화학 반응식을 살펴보자.

\[ \ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2} \]

이 반응식은 염산이 충분히 존재하고 반응이 완결된다면 마그네슘 1몰이 수소 1몰을 생성한다는 것을 알려 준다.

순수한 마그네슘이 과량의 산과 반응하는 경우,

\[ n(\ce{H2})_{\text{이론적}}=n(\ce{Mg}) \]

마그네슘의 질량으로부터 물질량을 계산할 수 있다.

\[ n=\frac{m}{M} \]

여기서 \(n\)은 몰 단위의 물질량, \(m\)은 그램 단위의 질량, \(M\)은 몰당 그램 단위로 나타낸 몰 질량이다.

마그네슘의 경우 \(M=24.3\ \text{g mol}^{-1}\)이다.

• Mg
• HCl
• MgCl₂
• H₂

이 계산으로 수소의 이론적 물질량을 구할 수 있다. 하지만 아직 수소의 부피를 알 수 있는 것은 아니다.

기체의 부피는 기체의 양, 온도, 압력에 따라 달라진다. 이상 기체 방정식은 이 세 가지 양의 관계를 나타낸다.

\[ PV=nRT \]

부피를 계산하도록 식을 정리하면 다음과 같다.

\[ V=\frac{nRT}{P} \]

이 식에서 각 기호는 다음을 의미한다.

• \(V\)는 리터 단위의 기체 부피이다.
• \(n\)은 몰 단위의 기체 물질량이다.
• \(R\)은 기체 상수 \(8.31\ \text{kPa L mol}^{-1}\text{K}^{-1}\)이다.
• \(T\)는 켈빈 단위의 절대 온도이다.
• \(P\)는 킬로파스칼 단위의 기체 압력이다.

온도는 항상 \(T(\text{K})=T(°\text{C})+273\)을 이용해 켈빈으로 변환해야 한다. 또한 기체 상수 \(R\)의 값과 일치하는 압력 단위를 사용해야 한다.

03실험 장치를 바탕으로 불일치 원인 진단하기

예측 부피가 104 mL인데 실제로는 87 mL만 포집되었다고 가정하자. 부족한 부피는 17 mL이다.

이를 수소가 16% 손실된 것으로 판단하고 넘어가고 싶을 수 있다. 그러나 이론적 부피와 측정 부피의 차이만으로 무엇이 잘못되었는지 자동으로 알 수 있는 것은 아니다.

가능한 원인을 하나씩 살펴보면서 각 원인이 어떤 증거를 남길 수 있는지 생각해 보자.

이러한 원인들이 모두 같은 방식으로 실험에 영향을 미치는 것은 아니다. 어떤 원인은 포집되는 수소의 양을 줄이고, 다른 원인은 이론값과의 비교를 부정확하게 만든다.

기체 누출과 불완전 반응은 서로 다른 문제다

기체 누출은 수소가 생성되었지만 측정되기 전에 빠져나갔을 가능성을 의미한다.

불완전 반응은 예상했던 수소 중 일부가 애초에 생성되지 않았음을 의미한다.

이 차이는 어떤 증거를 찾아야 하는지와 문제를 해결하는 방법이 서로 다르기 때문에 중요하다.

반응이 끝났을 때 마그네슘이 남아 있다면 산이 제한 반응물이었는지, 아니면 반응이 아직 끝나지 않았는지 조사해야 한다. 염산이 과량이었다고 가정하지 말고 두 반응물의 사용 가능한 양을 모두 계산해야 한다.

눈에 보이는 마그네슘이 남아 있지 않다면 반응이 완결되었다는 생각을 뒷받침할 수 있다. 그러나 처음에 측정한 질량 전체가 순수한 마그네슘이었다는 사실까지 증명하지는 못한다. 불순한 시료는 전체 질량을 기준으로 예측한 양의 수소를 생성하지 않더라도 완전히 사라질 수 있다.

반응이 시작되기 전에 장치를 밀봉하지 않으면 수소가 즉시 빠져나갈 수 있다. 마그네슘은 염산과 접촉하는 즉시 반응하므로 짧은 지연도 영향을 줄 수 있다. 더 나은 실험 설계에서는 실험실에서 승인한 방법에 따라 포집 장치를 올바르게 연결하고 밀봉한 뒤에만 반응을 시작한다.

수소는 가연성 기체이다. 누출 여부를 확인하기 위해 절대로 불꽃을 사용하지 않는다.

수소가 물에 녹을 수도 있을까?

그렇다. 수소의 일부는 포집수에 녹을 수 있다. 기체 포집이 항상 기체와 액체를 완벽하게 분리하는 것은 아니다.

그러나 수소는 물에 대한 용해도가 낮다. 용해는 가능하지만, 일반적인 학교 실험에서 나타나는 큰 불일치의 원인으로 무조건 지목해서는 안 된다.

기체의 종류도 중요하다. 비슷한 조건에서는 수소보다 암모니아나 이산화탄소와 같은 기체가 물에 훨씬 더 많이 녹는다.

기체 주사기를 사용하면 다량의 포집수와 직접 접촉하는 것이 불일치에 영향을 주는지 조사하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 메스실린더를 기체 주사기로 바꾸면 기체의 이동 경로, 사강 부피 및 기타 실험 조건도 달라질 수 있다. 주사기를 사용했을 때 측정값이 더 높게 나왔다면 추가 조사가 필요하다는 근거는 되지만, 그것만으로 용해가 유일한 원인이었다고 증명할 수는 없다.

기체의 부피가 조건에 따라 달라졌을 뿐일 수도 있을까?

그렇다. 이것이 바로 기체의 온도와 압력을 단순히 가정하지 말고 측정하거나 다른 방법으로 확인해야 하는 이유다.

이상 기체 방정식에 따르면,

\[ V=\frac{nRT}{P} \]

기체의 양이 일정할 때 부피는 절대 온도가 높아질수록 증가하고 압력이 높아질수록 감소한다.

기체가 예측에 사용한 온도보다 차가우면 측정 부피가 더 작아진다. 기체의 압력이 가정한 값보다 높아도 부피는 더 작아진다.

• 100 kPa에서의 건조 기체

기체 포집용 메스실린더 안팎의 물 높이도 중요하다. 메스실린더 안팎의 물 높이가 같으면 내부 기체의 압력은 대기압과 거의 같다. 물 높이가 다르면 갇힌 기체의 압력도 대기압과 달라진다.

예를 들어 뒤집힌 메스실린더 안의 물 높이가 바깥쪽 물 높이보다 낮다면 내부 기체의 압력은 대기압보다 높다. 이때 대기압만 사용하면 일정한 양의 기체에 대해 예상되는 부피를 실제보다 크게 계산하게 된다.

마지막으로 측정하려는 온도에 도달할 때까지 기체가 충분히 식거나 데워지도록 해야 한다. 기체가 주변보다 아직 따뜻한 상태에서 부피를 읽으면 기체가 식은 뒤 측정한 값과 다른 결과가 나올 수 있다.

04수증기와 다른 요인은 서로 반대 방향으로 결과에 영향을 줄 수 있다

유용한 진단을 위해서는 측정값을 낮출 수 있는 요인뿐 아니라 측정값을 높일 수 있는 요인도 고려해야 한다.

마지막 항목은 주의해서 이해해야 한다. 많은 반응 용기와 도출관에는 처음부터 공기가 들어 있다. 따라서 포집 장치로 들어오는 초기 기체에는 순수한 수소가 아니라 공기가 포함되어 있을 수 있다.

기체 치환 장치에서 초기 공기가 존재한다고 해서 반드시 추가적인 부피 오차가 발생하는 것은 아니다. 온도와 압력이 적절하게 일정하게 유지된다면 밀려 나오는 기체의 부피는 여전히 생성된 기체의 양을 반영할 수 있다. 그러나 기체의 조성을 해석할 때 포집된 혼합물을 화학적으로 순수한 수소라고 무조건 간주해서는 안 된다. 절차상 초기 기체를 의도적으로 버린다면 수소 일부도 함께 손실될 수 있다.

이는 일반적인 오차 목록만 참고하기보다 실제 실험 장치를 바탕으로 실험 결과를 해석해야 하는 이유를 잘 보여 주는 사례다.

06추측에 의존하지 않고 실험을 개선하는 방법

숙련된 실험자는 측정값이 낮게 나왔다고 해서 곧바로 자신이 선호하는 설명을 선택하지 않는다. 대신 서로 다른 설명을 검증할 수 있도록 실험 방법을 수정한다.

다음 순서에 따라 진행하자.

첫째, 이론적 계산을 확인한다.

각 반응물의 물질량을 계산하고 제한 반응물을 확인한다. 마그네슘과 염산의 반응에서는 마그네슘 1몰당 염산 2몰이 필요하다. 염산이 제한 반응물이라면 마그네슘의 질량만으로 계산하지 말고 염산의 양을 기준으로 이론적 수소량을 계산해야 한다.

마그네슘의 순도가 가정한 값과 일치하는지, 반응이 완결되었을 가능성이 있는지도 확인한다.

둘째, 기체가 빠져나갔을 가능성을 확인한다.

고무마개, 관, 연결부를 점검한다. 반응이 시작되기 전에 포집 장치가 준비되어 있었는지, 장치를 조립하거나 기체를 이동하는 동안 기체가 빠져나갈 수 있었는지 확인한다.

수정한 장치에서 더 많은 기체가 포집된다면 기존 장치에서 기체가 손실되었다는 설명을 뒷받침한다. 하지만 각 단계에서 손실된 양이 얼마인지를 자동으로 정량화해 주는 것은 아니다.

셋째, 측정 조건을 보정한다.

기체의 온도, 대기압, 물 높이를 기록한다. 기체를 물 위로 포집했다면 수증기를 고려한다. 안팎의 물 높이가 다르면 기체 압력이 대기압과 같다고 가정하지 말고 압력 차이를 고려한다.

교과서 예제에서 편리하게 제시된 값이 아니라 실제 측정에 적용되는 조건을 사용한다.

넷째, 포집 방법을 신중하게 비교한다.

기체 주사기를 사용하면 물을 이용한 포집 과정에서 발생하는 손실을 조사하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 반응 조건과 실험 절차의 다른 부분은 가능한 한 동일하게 유지해야 한다.

밀봉 방법, 반응 조건, 포집 방법을 동시에 바꾸면 어떤 변화가 결과 개선의 원인이었는지 알 수 없다.

마지막으로, 실험을 반복하고 측정 불확도를 고려한다.

작은 차이는 메스실린더의 정밀도나 반복 실험 사이의 변동으로 설명될 수 있다. 반면 일관되게 나타나는 큰 차이는 추가 조사가 필요하다는 신호다.

중요한 질문은 측정 부피가 예측값과 다른지 여부만이 아니다. 그 차이가 해당 방법에서 예상되는 불확도보다 큰지, 그리고 확보한 증거로 그럴듯한 원인을 찾아낼 수 있는지가 중요하다.

07문제와 해설

문제 1

순수한 마그네슘 0.0486 g을 과량의 염산과 반응시켜 완전히 반응시킨다. 수소는 25°C, 대기압 100.0 kPa에서 물 위로 포집된다. 메스실린더 안팎의 물 높이는 같고, 수증기압은 3.17 kPa이다.

포집되는 습윤 기체의 이론적 부피를 계산하라. \(M(\ce{Mg})=24.3\ \text{g mol}^{-1}\), \(R=8.31\ \text{kPa L mol}^{-1}\text{K}^{-1}\)을 사용하라.

해설 1

습윤 기체의 이론적 부피는 약 51.2 mL이다.

먼저 마그네슘의 물질량을 계산한다.

\[ \begin{aligned} n(\ce{Mg})&=\frac{0.0486}{24.3}\\ &=0.00200\ \text{mol} \end{aligned} \]

반응식에서 마그네슘과 수소의 몰비는 1:1이다. 따라서

\[ n(\ce{H2})=0.00200\ \text{mol} \]

기체를 물 위로 포집하므로 수소의 압력은 다음과 같다.

\[ P_{\ce{H2}}=100.0-3.17=96.83\ \text{kPa} \]

온도는 다음과 같다.

\[ T=25+273=298\ \text{K} \]

이상 기체 방정식을 사용한다.

\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{P_{\ce{H2}}}\\ &=\frac{(0.00200)(8.31)(298)}{96.83}\\ &=0.0512\ \text{L}\\ &=51.2\ \text{mL} \end{aligned} \]

예상 부피는 약 51.2 mL이다. 대기압을 그대로 수소의 압력으로 사용하면 전체 압력의 일부가 수증기에 의한 것이라는 점을 무시하게 되므로, 예상 습윤 기체 부피를 실제보다 작게 계산하게 된다.

문제 2

한 학생이 마그네슘 0.120 g을 0.200 mol L⁻¹ 염산 10.0 mL와 반응시킨다. 마그네슘은 순수하고, 반응은 사용 가능한 염산의 양이 허용하는 만큼 진행되며, 수소는 25°C, 대기압 100.0 kPa에서 물 위로 포집된다고 가정하라. 수증기압은 3.17 kPa이고 메스실린더 안팎의 물 높이는 같다.

습윤 기체의 최대 이론적 부피를 계산하라. 마그네슘만으로 수소의 양을 계산하면 왜 잘못된 예측이 나오는지 설명하라.

해설 2

습윤 기체의 최대 이론적 부피는 25.6 mL이다. 염산이 제한 반응물이기 때문이다.

먼저 마그네슘의 물질량을 계산한다.

\[ \begin{aligned} n(\ce{Mg})&=\frac{0.120}{24.3}\\ &=4.94\times10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned} \]

이제 염산의 물질량을 계산한다.

\[ \begin{aligned} n(\ce{HCl})&=cV\\ &=(0.200\ \text{mol L}^{-1})(0.0100\ \text{L})\\ &=2.00\times10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned} \]

반응식에 따르면 수소 1몰을 생성하는 데 염산 2몰이 필요하다. 따라서 생성 가능한 수소의 최대 물질량은 다음과 같다.

\[ \begin{aligned} n(\ce{H2})_{\max} &=\frac{n(\ce{HCl})}{2}\\ &=\frac{2.00\times10^{-3}}{2}\\ &=1.00\times10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned} \]

수소의 압력은 다음과 같다.

\[ P_{\ce{H2}}=100.0-3.17=96.83\ \text{kPa} \]

298 K에서,

\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{P_{\ce{H2}}}\\ &=\frac{(1.00\times10^{-3})(8.31)(298)}{96.83}\\ &=0.0256\ \text{L}\\ &=25.6\ \text{mL} \end{aligned} \]

마그네슘만을 기준으로 계산하면 습윤 기체가 약 126 mL 생성될 것으로 예측된다. 그러나 이러한 예측은 모든 마그네슘과 반응할 만큼 충분한 염산이 있다고 가정하며, 이 실험에서는 그 가정이 성립하지 않는다.

포집 부피가 작다고 해서 반드시 누출이 발생했거나 실험에 실패한 것은 아니다. 포집 손실을 조사하기 전에 제한 반응물부터 확인해야 한다.

문제 3

세 번의 반복 실험에서 동일한 질량의 마그네슘, 과량의 염산, 동일한 포집 조건을 사용한다. 습윤 기체의 이론적 부피는 104 mL이다.

• 첫 번째 실험에서는 플라스크를 밀봉하기 전에 염산이 마그네슘과 접촉한다. 평균 포집 부피는 86 mL이다.
• 수정한 실험에서는 염산이 마그네슘과 접촉하기 전에 장치를 밀폐한다. 평균 포집 부피는 101 mL이다.

두 실험 모두 반응이 끝났을 때 눈에 보이는 마그네슘은 남아 있지 않다. 그 밖에 계획된 조건은 변경하지 않았다.

이 결과로부터 내릴 수 있는 가장 타당한 결론은 무엇인가? 결과만으로는 무엇을 결론 내릴 수 없는가?

해설 3

이 결과는 장치를 밀폐하기 전에 반응을 시작하면 초기 반응 단계에서 상당한 기체 손실이 발생한다는 결론을 강하게 뒷받침한다. 그러나 부족한 기체의 모든 밀리리터가 동일한 원인으로 손실되었다는 사실까지 증명하지는 않는다.

수정한 절차에서 평균 포집 부피는 다음만큼 증가했다.

\[ 101-86=15\ \text{mL} \]

계획된 주요 변경 사항은 반응이 시작되기 전에 포집 장치를 밀폐했는지 여부였다. 염산이 마그네슘과 접촉하는 즉시 수소가 생성될 수 있으므로, 기존 절차에서는 포집 장치가 준비되기 전에 일부 기체가 빠져나갈 가능성이 있었다.

포집 부피가 86 mL에서 101 mL로 증가한 결과는 이러한 설명과 일치한다.

그러나 수정한 실험의 측정값도 이론적 예측보다 3 mL 작다.

\[ 104-101=3\ \text{mL} \]

이 결과만으로 남은 차이가 용해, 누출 또는 측정 불확도 때문이라고 단정할 수는 없다. 이러한 가능성을 구분하려면 추가 확인이 필요하다.

핵심은 통제된 변경을 통해 가능성이 높은 원인을 찾아낸 다음, 남아 있는 불일치는 별도로 조사하는 것이다.

문제 4

어떤 반응에서는 기체 0.00400 mol이 생성되어야 한다. 기체는 20°C, 대기압 100.0 kPa에서 물 위로 포집된다. 메스실린더 안팎의 물 높이는 같고, 수증기압은 2.34 kPa이다.

한 학생은 대기압을 그대로 사용해 97.4 mL를 예측한 뒤 실제로 96.0 mL를 측정했다. 학생은 수증기가 이 차이를 설명한다고 주장한다.

올바른 습윤 기체의 이론적 부피를 계산하고 학생의 주장을 평가하라.

해설 4

올바른 습윤 기체의 이론적 부피는 약 99.7 mL이다. 따라서 수증기는 측정값이 낮게 나온 이유를 설명하지 못한다. 수증기를 무시하면 예측 부피가 실제보다 작아진다.

온도는 다음과 같다.

\[ T=20+273=293\ \text{K} \]

수증기가 아닌 기체의 압력은 다음과 같다.

\[ P_{\text{건조 기체}}=100.0-2.34=97.66\ \text{kPa} \]

이상 기체 방정식을 사용한다.

\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{P_{\text{건조 기체}}}\\ &=\frac{(0.00400)(8.31)(293)}{97.66}\\ &=0.0997\ \text{L}\\ &=99.7\ \text{mL} \end{aligned} \]

대기압 100.0 kPa를 사용해 계산한 건조 기체의 예측 부피는 약 97.4 mL이다. 수증기압을 빼면 계산에 사용하는 압력이 낮아지므로 예측 부피는 99.7 mL로 증가한다.

따라서 측정 부피는 올바른 예측값보다 다음만큼 작다.

\[ 99.7-96.0=3.7\ \text{mL} \]

이는 약 3.7%의 부족량에 해당한다.

학생의 추론은 영향의 방향을 반대로 이해한 것이다. 수증기는 전체 압력의 일부를 차지하므로 이를 보정하면 포집된 기체의 예상 부피가 증가한다.

문제 5

한 학생이 순수한 마그네슘 0.100 g을 과량의 염산과 반응시켜 완전히 반응시킨다. 수소는 25°C, 대기압 101.3 kPa에서 물 위로 포집된다. 수증기압은 3.17 kPa이다.

뒤집힌 메스실린더 안의 물 높이는 바깥쪽 물 높이보다 20 cm 낮다. 이 높이 차이에 따른 압력 차이는 2.0 kPa이며, 따라서 갇힌 기체의 압력은 대기압보다 2.0 kPa 높다.

학생은 습윤 기체 96.0 mL를 측정한다.

다른 학생은 물 높이가 다르므로 낮은 측정값은 반드시 잘못된 이론적 계산 때문이라고 주장한다. 세 번째 학생은 기체 압력이 이미 대기압보다 높으므로 수증기를 무시해야 한다고 주장한다.

보정된 습윤 기체의 이론적 부피를 계산하라. 그런 다음 기체가 수소와 수증기로만 이루어져 있다고 가정할 때, 측정값으로부터 무엇을 알 수 있고 무엇을 알 수 없는지 설명하라.

해설 5

보정된 습윤 기체의 이론적 부피는 약 101.8 mL이다. 측정 부피 96.0 mL는 여전히 예측값보다 약 5.8 mL 작으므로, 압력과 수증기 보정만으로는 불일치가 해소되지 않는다.

핵심은 두 보정이 서로 반대 방향으로 작용한다는 점이다.

1단계: 수소의 이론적 물질량을 계산한다.

\[ \begin{aligned} n(\ce{Mg})&=\frac{0.100}{24.3}\\ &=4.12\times10^{-3}\ \text{mol} \end{aligned} \]

마그네슘과 수소의 몰비는 1:1이므로,

\[ n(\ce{H2})=4.12\times10^{-3}\ \text{mol} \]

2단계: 물 높이 차이를 고려해 전체 기체 압력을 보정한다.

메스실린더 안의 물 높이가 바깥쪽보다 낮으므로 갇힌 기체의 압력은 대기압보다 높다.

\[ \begin{aligned} P_{\text{기체}}&=P_{\text{대기}}+2.0\\ &=101.3+2.0\\ &=103.3\ \text{kPa} \end{aligned} \]

3단계: 수증기를 보정한다.

기체에는 수증기가 포함되어 있으므로 수증기가 아닌 기체에 해당하는 압력은 다음과 같다.

\[ \begin{aligned} P_{\text{건조 기체}} &=P_{\text{기체}}-p_{\ce{H2O}}\\ &=103.3-3.17\\ &=100.13\ \text{kPa} \end{aligned} \]

전체 압력이 더 높으면 예상 부피는 감소한다. 그런 다음 수증기압을 빼면 전체 압력을 건조 기체의 압력으로 잘못 간주한 계산보다 부피가 증가한다.

두 보정 중 어느 것도 무시할 수 없다.

4단계: 보정된 이론적 부피를 계산한다.

25°C에서,

\[ T=25+273=298\ \text{K} \]

따라서,

\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{P_{\text{건조 기체}}}\\ &=\frac{(4.12\times10^{-3})(8.31)(298)} {100.13}\\ &=0.1018\ \text{L}\\ &=101.8\ \text{mL} \end{aligned} \]

5단계: 보정된 예측값과 측정값을 비교한다.

\[ \begin{aligned} \text{부족량}&=101.8-96.0\\ &=5.8\ \text{mL} \end{aligned} \]

보정된 이론적 부피에 대한 부족 비율은 다음과 같다.

\[ \begin{aligned} \text{부족 비율} &=\frac{5.8}{101.8}\times100\%\\ &\approx5.7\% \end{aligned} \]

보정된 예측값은 여전히 측정 부피보다 약 5.7% 크다.

이 결과는 물 높이 차이와 수증기가 원래 예측값과 실제 측정값 사이의 차이 중 일부를 설명하지만, 전부를 설명하지는 못한다는 것을 보여 준다. 마그네슘이 완전히 반응하고 기체가 수소와 수증기로 이루어져 있다는 가정하에서 남은 불일치는 포집, 기체 이동 또는 측정 과정의 영향이나 아직 고려하지 않은 가정을 가리킨다.

이 결과만으로 수소의 5.7%가 물에 녹았다고 증명할 수는 없으며, 누출이 발생했다고 단정할 수도 없다. 이러한 설명을 뒷받침하려면 추가 증거가 필요하다.

이것이 기체 포집 실험에서 다음으로 내려야 할 중요한 판단이다. 제한 반응물, 기체 조건, 압력 보정을 확인한 뒤에는 반복 실험과 통제된 변경을 통해 남은 부족량의 원인을 조사해야 한다. 그래야 포집 효율에 대해 타당한 판단을 내리고, 계산된 수득률이 화학 반응 자체를 반영하는지 아니면 실험 방법의 한계를 반영하는지 평가할 수 있다.