기체확산실험 결과레포트

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목차

1.Introduction
1.1.확산
1.2.물질전달에서 확산의 역할
1.3.실험이론 및 계산식
1.3.1.확산량
1.3.2.확산속도
1.3.3.몰유량, 몰속도 및 몰플럭스
1.3.4.Adolf Fick`s law
2.Experiment
2.1.실험 목적
2.2.실험 준비물
2.3.기체확산실험장치(GASEOUS DIFFUSION EXPERIME- NT APPARATUS)
2.4.실험 방법
2.5.실험 주의사항
3.Result & Discussion
3.1.Raw data
3.1.1.물리 상수
3.2.2.Raw data
3.2.Result
3.2.1.온도, 액면높이 및 zt2-z02(cm2)
3.2.2.zt2-z02(cm2)축과 시간t와의 관계에 대한 기울기
3.2.3.액상 아세톤의 몰밀도(ρML)
3.2.4.기상에서 전체 몰농도(ρMg)
3.2.5.기/액 표면에서의 아세톤의 증기압
3.2.6.아세톤의 분자확산계수 DAB
3.3.Discussion
4.Conclusion
5.Reference

본문내용

. 그리고 시간에 따라 액면 높이 변화량을 도시하여 기울기를 구함으로 물질(아세톤)분자확산계수를 구할 수 있다. 확산 성분을 고농도 쪽에 계속해서 공급하고 저농도 쪽에서 제거하면서 농도기울기를 유지하면 확산 성분은 정상상태의 흐름을 갖게 된다. 확산 유량이 시간에 따라 변하지 않는 상태이다. 비정상상태의 확산이 일어나며 평형에 가까워짐에 따라 농도기울기(농도구배)와 플럭스(flux)가 시간에 따라 줄어든다. 확산계수는 압력에 영향을 받는 분자량과 관계있다. 압력이 작아지면 분자량이 작아진다. 확산계수는 분자량에 반비례하므로 압력이 작아지면 확산계수는 증가한다고 생각한다. 한편으로 몰농도는 압력과 비례하므로 압력이 작아지면 몰농도는 감소한다. 몰농도는 확산계수와 반비례 관계이다. 따라서 압력이 작아지면 몰농도는 감소하고 확산계수는 증가한다는 결론을 구상할 수 있다.
공기 중에서의 아세톤의 확산계수가 물리상수보다 적게 나온 이유는 다음과 같이 생각한다. 온도는 몰농도와 반비례, 따라서 몰농도는 확산계수와 반비례하므로 온도가 높아질수록 확산계수는 증가한다. 실험 중 항온조의 수면을 아세톤의 계면보다 높이지 않았기 때문에 아세톤이 기화하는데 필요한 충분한 열에너지를 받지 못하였기에 기화가 잘 일어나지 않았다. 온도가 낮았으므로 확산계수는 낮아졌다는 실험결과 고찰하였다. 기화상태가 되는 최적화된 열에너지를 가해주려면 보다 닫힌계와 아세톤이 들어간 모세관 주위를 에워쌀 수 있는 항온조가 필요하다. 기화에 충분한 주위 환경을 마련해 준다면 더욱 아세톤의 확산계수에 가까운 실험값을 도출할 수 있을것이다.
4. Conclusion
기체확산 실험장치를 통해 기체의 계면에서 일어나는 기체 확산 현상을 관찰하고 이해하였다. 기액 확산 실험의 경우에는 가는 모세관 안에 Acetone 을 주입하여 외부의 온도를 일정하게 유지하고 진공 Pump를 사용하여 Suction으로 기체를 외부로 확산시켜 모세관 안에 Acetone의 액면 높이를 측정하여 기울기를 그래프로 나타낸다. 확산의 정의와 확산이 일어나는 주요원인이 되는 농도차 이외에 여러 가지의 확산 현상이 일어나는 요인을 밝힌다. 아세톤이 기화하면서 나타나는 액면 높이의 차이는 일정하였다. 최종높이 제곱과 처음높이 제곱의 차는 제곱의 차이기에 차이가 나지만 농도의 기울기는 대체적인 선형을 이루었다. 시간과 앞의 값의 기울기는 2.545×10-4cm2/s이다. 이 값은 평균값을 계산하여 선형화한 것이다. 액상 아세톤의 몰밀도를 이론 식에 대입하여 계산한다. 몰밀도에 계산식에서 밀도는 20℃ 1기압에서의 0.791g/cc로 사용하였다. 본 실험의 항온조 온도는 48℃이다. 그러므로 밀도는 온도 증가에 줄어들었을 것이다. 액상은 비압축성이라 부피변화가 없지만 기화와 액화의 사이의 실험이기 때문에 압축성물질인 기체에 해당하는 부피변화가 예상된다. 그러므로 몰밀도는 0.01362 gmol/cc보다 더 작게 나와야 한다. 기상에서의 전체 몰농도를 구하였다. 전체 몰농도를 구할 때 압력에 대기압과 진공펌프가 작동하여 생긴 압을 나타낸 마노미터의 수주 mmH2O를 mmHg로 단위변환하여 계산한다. 진공펌프를 작동하여 생긴 압은 0.56atm 약 1기압의 반에 해당한다. 진공펌프를 작동하면 분자의 빠짐으로 몰수가 줄어들어 압력이 줄어든 것이라 생각한다. 압력이 작아지면 분자량이 작아진다. 확산계수는 분자량에 반비례하므로 압력이 작아지면 확산계수는 증가한다고 생각한다. 압력에 영향을 받는 몰농도는 압력과 비례하므로 압력이 작아지면 몰농도는 감소한다. 몰농도는 확산계수와 반비례 관계이다. 따라서 압력이 작아지면 몰농도는 감소하고 확산계수는 증가한다. 기화로 인한 부피팽창도 압력을 줄인 요인에 해당한다고 생각한다. 기액 표면에서의 아세톤의 기상조성을 구하고 식(26)을 이용하여 아세톤의 분자확산계수(DAB)를 구하였다. 확산은 물질의 물질적 힘에 의해 전달되는 현상으로 물질 고유의 확산계수(분자의 분자량과 상호인력 분산력으로 결정되는)와 농도의 거리에 대한 기울기에 비례한다는 것을 알 수 있었다. 실험장치를 보다 확실한 방법으로 구성하고 열의 흐름은 완전히 전달할 수 있는 조건에서는 실험한다면 확산계수의 이론값과 실험값의 오차를 줄이는 데 도움이 될 것이다.
온도는 몰농도와 반비례, 따라서 몰농도는 확산계수와 반비례하므로 온도가 높아질수록 확산계수는 증가한다. 결론 압력과 확산계수는 반비례, 온도는 확산계수와 비례한다. 따라서 확산은 압력에 반비례하고 온도와 농도의 기울기에 비례한다. 확산이 일어나는 주요인인 농도뿐 아니라 이밖에 다른 요인들을 확인하였다. 물질전달 현상인 확산의 측정방법을 경험으로 이해하는 중요한 실험이었다.
5. Reference
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[5] PRINCIPLES AND MODERN APPLICATIONS of MASS TRANSFER OPERATION Jaime Benitez WILEY INTERSCIENCE 14~54(2002)
[6] Mass Transfer in Engeineering Practice AKSEL L. LYDERSEN 1~26(1983)

키워드

기체확산,   확산,   실험