기체흡수 실험 예비보고서

소개글

기체흡수 실험 예비보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
- 기체흡수(gas absorption)
- 충전탑
- 충전물 및 그 조건
- 공극률(porosity)
- 편류(channeling)
- 부하점(loading point)
- 조작선과 평형선
- McCabe-Thiele법

본문내용

터득하는 경우가 많으며 측정하고자 하는 시편의 반사율과도 영향을 받는다.
④표면에너지의 정의
표면이 가지는 에너지를 표면에너지라고 한다. 표면장력과 표면에너지는 같은 차원이다.
단위면적당 표면에너지 크기는 물질의 원자결합력 크기에 의존
결정면에 따라 異方性을 나타낸다
원자의 충진밀도가 클수록 표면에너지가 낮다
가로로 충진이 많으면 세로축에는 비교적 적다
표면에너지 크기 (격자에너지의 약1/10)
모든 물체는 표면에너지를 줄여 열역학적으로 안정화되려는 경향 있다.
입계나 계면도 부분적으로 원자결합이 끊어진 결함의 일종
표면에너지나 입계에너지를 줄이기 위해 소결시 석출(precipitation) 이나 용질편석 (solute segregation)이 발생하며 또한 치밀화와 입성장이 발생함
원자 결합이 끊어져 나타나는 에너지
결정을 임의의 면을 따라 분리시키면 두 개의 표면이 생성되므로, 표면 에너지는 결정면을 다라 결정을 분리시키는데 필요한 에너지의 1/2이 된다. (r)을 r만큼 떨어진 두 원자 사이의 상호작용 포텐샬이라고 하고, 임의의 원자간 결합을 위치벡터 로 나타내면 표면에너지는 로 표현된다. 여기서 는 단위 면적당 끊어지는 결합수로서 이를 끊어지는 결합의 밀도라 부른다. 끊어지는 결합의 밀도를 구하기 위해서 그림을 보면 u-결합이 끊어지려면 그림처럼 결정면(kkil)에 법선방향(d방향)으로 u의 사영 내에 결합을 이루는 원자가 있어야 한다. 또 결합의 방향이 결정면과 반대방향으로 향한다면 끊어질수 없으므로 가 0보다 커야한다. 따라서 표면의 단위 면적당 끊어지는 u-결합을 가진 원자수는,
이다. 여기서는 u-결합을 가진 단위 원자당 결정의 체적이다.
or
따라서 윗 식에 끊어지는 결합의 밀도를 대입하면
가된다. 그런데 결합 길이가 같으면 그 결합 에너지가 같으므로, 같은 길이의 끊어지는 결합수를 모두 더한 후 결합 에너지를 곱하면 표면에너지의 식은
로 표현된다.
- 다양한 종류의 표면의 표면에너지
아래의 표는 일반적으로 알려져 있는 순수한 표면의 표면에너지 입니다. 금속의 경우에는 수백에서 수천정도의 에너지를 가지며 순수한 다이아몬드의 경우 수만정도의 에너지 상태를 가진다. 그러나 표면은 아주 쉽게 오염이 되고 표면에너지는 표면의 거칠기나 환경적인 요소의 영향을 받기 때문에 꼭 절대적인 값이라고 정의하기는 어렵다. 따라서 자신이 측정하고자 하는 샘플의 표면 원자구성과 표면상태를 충분하게 이해하는게 중요하다.
시편
접촉각 (degree)
표면에너지 (mN/m)
Pure Glass
0
73
Ordinary Glass
20
70
Platinum
40
62
Anodized Al
60
50
PMMA
74
41
Nylon
79
38
PE
96
33
PP
108
26
Paraffin
110
19
Teflon
112
18
⑤고체의 접촉각 측정 방법 (동적, 정적 측정법)
접촉각 측정법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 하나는 정적 접촉각 측정법이고 다른 하나는 동적 접촉각 측정법이다. 정적 접촉각 측정법은 액체 방울을 표면에 떨어뜨린 후 정지된 물방울과 표면이 이루는 각을 측정하는 방법이다. 이 때 주의해야 할 점은 시간이 지나면 고체 표면이 액체에 녹아 들어가거나 중력에 의해 액체가 고체로 스며드는 등의 물리화학적 반응이 일어나기 때문에 접촉각이 시간에 따라 변할 수 있다는 것이다. 따라서 접촉각은 액체 방울이 표면에 도입되는 즉시 측정을 해야 한다.
두 번째 방법인 동적 접촉각 측정법은 그림에서처럼 액체를 계속 공급하여 방울의 직경이 커질 때의 접촉각 (advancing 접촉각)과 반대로 액체를 빨아들이면서 방울의 직경이 줄어들 때의 접촉각 (receding 접촉각)을 측정하는 방법이다.
이 외에도 동적 접촉각 측정법에는 기질 자체를 기울여 액체 방울이 흘러내리기 직전에 생기는 각을 측정하는 방법이 있다. 이러한 동적 접촉각은 surface coverage, surface roughness, surface homogeneity 등을 알 수 있는 좋은 수단이다.
⑥고체의 표면에너지 계산 방법
표면에너지의 측정방법-접촉각(Contact angle)에 의한 간접적 측정방법
물질의 표면에너지를 구하는 기존의 방법은 접촉각 측정에 의한 실험에 의존하고 있다. 이는 측정하고자하는 물질의 표면에너지를 두가지 이상의 다른 액체를 사용하여 접촉각을 측정하고 측정된 접촉각과 수식을 사용하여 구한다는 점에서 본질적으로 간접적인 측정방법이다. 또한 접촉각 측정시 사용하는 액체와 시료간의 상호작용에 대한 영향을 배제할 수 없다는 점, 그리고 접촉각 정보로부터 표면에너지를 도출하는 과정에 정확한 이론적인 배경이 없고 근사식에 의존하고 있다는 단점을 가지고 있다.
Plate Method의 이론적인 원리는 액체와 고체 표면의 접촉각을 결정할 때도 적용할 수 있다. 이때는 표면장력을 알고 있는 액체가를 사용한다. 그리고 이미 연구되어 있는 재료로 만들어진 Plate가 백금 plate 대신 이용된다. Plate가 젖는 길이는 반드시 측정해야 한다. Plate가 젖는 길이는 아래 공식에 따라 구할 수 있다.
L=2 x 길이 + 2 x 두께
Plate의 높이는 중요하지 않다. Plate는 샘플 holder에 의해 저울 위에 매달려 있다. 액체는 위쪽으로 움직인다.Plate Method의 접촉각 Θ는 액체의 표면장력, 젖는 길이, 측정힘을 이용하여 아래 공식으로 구한다. 접촉각 data로부터 고체의 표면에너지를 계산 할 수 있다. 접촉각 측정 프로그램을 추가한 LabDesk 표면장력계 소프트웨어는 다양한 표면 에너지 계산 방법을 제공한다. 프로그램은 또한 수많은 액체의 물리적 data를 저장할 수 있다.
4. 참고문헌
http://www.s-eo.com/korean/theory/contactangle.html
http://www.postech.ac.kr/chem/jlab/instrument_06.php
화학공학실험, 사이텍미디어 ,성기천 외 2명
표면장력 , 표면에너지 및 표면자유에너지의 등가성, Ip, S.W., Toguri, J.M. ,Chapman and Hall, P688-692쪽

키워드

기체흡수,   충전탑,   충전물,   공극률,   편류,   Henry's Law