물의 기화 엔탈피와 엔트로피 변화의 측정

목차

1. introduction

2. Materials & Method

3. Data & Result

4. Discussion

5. Reference

본문내용

반응에 기체 분자가 관여하는 경우
1. 소비된 것보다 더 많은 기체 분자 생성: S0 > 0
2. 소비된 것보다 더 적은 기체 분자 생성: S0 < 0
3. 기체분자 수가 변화가 없다: 비교적 적은 값 (+ or -)
d. 주위의 엔트로피 변화
압력이 일정한 경우 : 열량 변화=계의 엔탈피 변화( Hsys)
주위의 엔트로피 변화는 Hsys에 비례
Ssurr - Hsys
열량이 일정할 때 엔트로피 변화는 온도에 반비례
S_surr = {- H_sys } over {T }
(높은 온도에서는 열 효과가 적다 --> 시끄러운 곳에서는 기침 소리가 무시됨)
e. 열역학 제3법칙과 절대 엔트로피
열역학 제3법칙: 완전 결정성 물질의 엔트로피는 절대 영도에서 0이다.
절대 엔트로피를 구할 수 있는 기준
25 에서의 엔트로피 (25 가 나중상태, 0K가 초기 상태)
S = Sf - Si
= Sf
*Gibbs 자유에너지
a. 자발적 반응: 우주의 엔트로피 증가 (제2법칙)
Suniv = Ssys + Ssurr > 0
Suniv = Ssys - Hsys/T > 0
T하면, T Suniv = T Ssys - Hsys > 0 (주위 항이 없어짐)
(-1)하면, -T Suniv = -T Ssys + Hsys < 0
순서만 변화, -T Suniv = Hsys - T Ssys < 0
새로운 함수 (Gibbs 자유에너지)를 도입하면
G = H - TS
일정한 온도에서 계의 변화는
G = H - T S
정반응이 자발적: G < 0
정반응이 비자발적 (역반응이 자발적): G > 0
계가 평형 : G = 0
b. 표준 자유에너지 변화
표준 자유에너지 변화( G0): 표준 상태에서 진행되는 반응의 자유에너지 변화
G0rxn = n G0f(생성물) - m G0f(반응물)
표준 생성 자유에너지( G0f): 표준 상태의 원소로부터 1 mol의 화합물을 합성할 때 발생하는 자유에너지, 안정한 상태로 존재하는 원소의 G0f = 0.
c. G = H - T S 식의 응용
*온도와 화학반응
H S G
+ + 고온에서(T가 클때)만 자발적, 저온에서는 역반응이 자발적
+ - G가 항상 양, 모든 온도에서 역반응이 자발적
- + G가 항상 음, 모든 온도에서 정반응이 자발적
- - 저온에서는 자발적, 고온에서는 역반응이 자발적
*온도변화에 따른 액체의 증기압은 다음 같이 주어지는 Clausius-Clapeyron 식에 따라 변한다.
{d ln p } over {dT } = { DELTA H_0} over {RT^rho}
식에서는 몰랄 증발 엔탈피이다. 위의 식에서 증발열이 온도와 무관하다고 가정하고 적분하면 다음과 같은 식이 된다.
lnp=- { DELTA H_0} over {RT } + I
여기서 I는 적분상수이다. 다음과 같이 주어지는 임의의 두 온도에서의 증기압의 관계로부터
ln {p_2 } over {p_1 } = { DELTA H_0 } over { R} ( { 1} over { T_1} - { 1} over { T_2} )
증발 엔탈피를 구할 수 있다. 식 (2)는 증기압의 ln 값을 절대온도의 역수에 대하여 도시하는데 사용된다. 증발 엔탈피는 편차가 가장 적은 선의 기울기로부터 계산할 수 있다.
　본 실험에서는 대략 300 - 760 mmHg의 압력범위에서 동역학적 방법(dynamic method)에 의해 액체의 증발 압력을 측정하고, 이 결과로부터 평균 증발 엔탈피를 계산하고자 한다. 이 실험에서 임의의 압력에서 끓는점을 결정함으로서 액체의 증기압을 측정할 수 있다. 이와 같이 제한된 압력 하에서 액체의 끓는점을 측정하는 과정은 동역학적 방법이 된다. 이와는 달리, 임의로 선택된 온도에서 증기압을 측정하는 것을 정류법(static method)라 한다.
*상변화 : 물질의 상태
물질의 상태는 크게 고체, 액체, 기체로 나누어진다.
각각의 물질은 대개 가열을 하면 구성분자의 운동이 활발해져서 분자간의 결합이 약화되면서 구조가 흐트러지게 되는데 완전히 분자들이 분리되지는 못한 상태를 액체라 하고 완전히 분리되어 자유롭게 움직이는 상태를 기체라 한다.
(4)Reference
1Principles of Modern Chemistry 4th Ed.
Chapter 5. Phase Transition, pp 150 - 156
Chapter 9. Chemical Equilibrium, pp 304 - 307
2표준 일반 화학 실험 (5판) 부록 : 물의 증기압
3실험자료
4각종 인터넷 싸이트

키워드

기화엔탈피,   엔트로피,   물,   반트호프,   증기압,   무질서