[화학실험] 『액체-증기 평형(Vapor-Liquid Equilibrium) 실험』에 대하여 (예비+결과레포트)

소개글

[화학실험] 『액체-증기 평형(Vapor-Liquid Equilibrium) 실험』에 대하여 (예비+결과레포트)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Title

2. Purpose

3. Principle

4. Apparatus & Regents

5. Procedure

6. Result

7. Error & Cause

8. Discussion

9. Reference

본문내용

5. 1, 3, 4의 결과를 이용한 몰분율 계산
1) MeOH(50ml) + 벤젠(3, 6, 9, 10ml)
※ MeOH, 벤젠의 몰분율에 따른 굴절률의 함수
① 벤젠 0ml 추가 후의 조성
② 벤젠 3ml 추가 후의 조성
③ 벤젠 6ml 추가 후의 조성
④ 벤젠 9ml 추가 후의 조성
⑤ 벤젠 10ml 추가 후의 조성
조성 계산(MeOH50mL)[Table-8]
Sample No.
50mL에 가하는
벤젠의 양 (mL)
굴절률
기상에서의 조성
1
0
1.3264
-0.072
2
3
1.3454
0.036
3
6
1.3632
0.1375
4
9
1.3772
0.217
5
10
1.3869
0.272
1) 벤젠(3, 6, 9, 10ml) + MeOH(50ml)
① MeOH 1ml 추가 후의 조성
② MeOH 2ml 추가 후의 조성
③ MeOH 4ml 추가 후의 조성
④ MeOH 8ml 추가 후의 조성
⑤ MeOH 10ml 추가 후의 조성
조성 계산(벤젠50mL)[Table-9]
Sample No.
벤젠 50mL에 가하는
MeOH의 양 (mL)
굴절률
기상에서의 조성
1
1
1.4921
0.870
2
2
1.4789
0.795
3
4
1.4450
0.602
4
8
1.4312
0.524
5
10
1.4253
0.490
7. Error & Cause
1. 조별 토의
공비란 무엇인가 사전적으로는 외부 압력이 일정한 상태에서 액체 혼합물을 증류할 때 어떤 일정한 온도에서 액체 혼합물과 증류된 증기의 성분비가 같아지는 현상, 이때 끓는점은 순물질처럼 일정한 온도를 나타낸다이다. 아직 완전히 이 공비현상이 왜 일어나는지에 대해서는 알 수 없다고 한다. 이 공비현상이 혼합물의 증발온도가 같아지기 때문에 일반적인 증류로는 그 성분을 나눌 수 없고 압력을 변화시키는 방법, 휘발성 또는 비휘발성인 제3의 성분을 첨가하는 방법(공비증류), 흡수 또는 추출하는 방법 등으로 증류 ·분리를 시켜야 한다. 산업적인 분야에서는 공비현상의 원인을 찾아내어 제거한다면 원가를 절감할 수 있을 여지가 있을수도 있지 않을까 생각한다.
2. 오차의 원인
첫째는 용액을 가열할 때 고무마개가 잘 맞지 않아서 칼로 깎고 파라필름으로 입구를 막았는데 가열하는 과정에서 이것이 헐거워 지고 하면서 외부 기체와 혼합이 있었던 것 같다. 꼭 맞는 마개를 사용하거나 파라필름을 단단히 붙여서 외부 기체와의 교류를 완전히 차단 했었어야 했다.
둘째는 굴절계의 사용이 있는데 굴절계에 대한 숙달이 부족해서 오류가 있었을 수 있다. 굴절계의 화면을 볼 때 눈을 두는 위치에 따라서 다른 결과가 나올 수 있기 때문이다. 어느 각도에서 보든지 완전히 수치를 맞춰서 일관적인 결과가 나올 수 있도록 특별히 신경을 써야한다.
셋째는 기상과 액상의 굴절률을 측정할 때 벤젠을 측정했을 때 시간이 부족하여 끓어서 고인 액체를 한번만 제거하고 측정했었다. 책에서는 두 번을 제거하고 측정해야 비교적 정확한 실험값을 얻을 수 있을거라고 나오는데 이 부분에서 약간의 오차가 있었던 것 같다.
8. Discussion
1. 공비
외부 압력이 일정한 상태에서 액체 혼합물을 증류할 때 어떤 일정한 온도에서 액체 혼합물과 증류된 증기의 성분비가 같아지는 현상. 이때 끓는점은 순물질처럼 일정한 온도를 나타낸다라는 사전적 의미를 가지고 있다.
일반적으로 용액을 증류하면 끓는 데 따라 조성이 변하며, 끓는점도 상승 또는 하강하는 것이 보통이다. 그러나 특별한 성분비의 액체는 순수액체와 같이 일정한 온도에서 성분비가 변하지 않고 끓는데, 이때 용액과 증기의 성분비는 같아진다. 이 경우 계(系)는 공비상태에 있다고 하고, 그 성분비를 공비조성(共沸組成), 그 용액을 공비혼합물, 그 공비혼합물의 끓는점인 평형온도를 공비점이라고 한다. 공비상태는 압력에 의해서 변화하며, 공비점은 성분비와 끓는점과의 관계를 나타내는 끓는점 곡선상에서 최소값 또는 최대값을 보인다. 예를 들면, 염화수소와 물은 1atm하에서 염화수소 20.24%의 성분비일 때 공비혼합물이 되고, 108℃의 공비점을 보인다. 이 공비점은 최대값이며, 이 밖의 성분비인 경우는 180℃에 가까워진다. 또 알코올과 물은 알코올 95.6%의 성분비일 때 공비혼합물이 되고, 공비점은 78.15℃로 최소값이 된다. 공비혼합물은 보통 증류로는 그 성분을 분리할 수 없으므로 압력을 변화시키는 방법, 휘발성 또는 비휘발성인 제3의 성분을 첨가하는 방법(공비증류), 흡수 또는 추출하는 방법 등으로 증류 ·분리시킨다.
2. 라울의 법칙 [Raoult's law]
1888년 프랑스의 물리화학자 F.M.라울이 실험을 통해 발견한 법칙이다. 비휘발성 물질 용액에서, 용액 속 용매의 증기압은 용매의 몰분율에 비례하며, 또 용매의 증기압내림률은 용질의 몰분율과 같다는 법칙을 말한다.예를 들면, 휘발성인 에탄올을 물에 녹인 용액의 증기압은 물의 증기압보다 높다. 에탄올은 물보다 끓는점이 낮아 쉽게 증발하기 때문에 물이 증발하는 것을 방해하지 않고 그보다 더 빨리 기화하기 때문이다. 그러나 비휘발성인 설탕을 물에 녹인 용액은 설탕 분자가 물이 증발하는 것을 부분적으로 방해하기 때문에 설탕물의 증기압은 물보다 더 낮아진다. 이런 현상을 '라울의 법칙'이라고 한다. 전체 농도 범위에 걸쳐 라울의 법칙이 성립하는 용액을 이상용액이라고 한다. 이에 대해 라울의 법칙에서 예상했던 증기압보다 더 작게 또는 더 크게 나타나는 경우를 비이상용액이라고 한다.어떤 온도에서 순용매의 증기압을 p0, 같은 온도에서 용액의 증기압을 p, 그 용액 중의 용질의 몰분율을 x2라 하면, 의 관계가 성립한다. 여기서 n1, n2는 각각 용액 중의 용매 또는 용질의 몰수이다. 이 법칙을 이용하여 묽은 용액의 증기압내림을 측정함으로써 용질의 분자량을 구할 수 있다. 용질이 휘발성인 경우에도 p를 용액과 평형 상태에 있는 기체상 중의 용매증기의 부분압력으로 하면 위의 관계가 성립한다. 용매의 몰분율을 x1이라 하면 x1＝1－x2이므로, 라울의 법칙은 p＝p0x1로 고쳐 쓸 수 있다.
9. Reference
1. 위키 백과사전
2. 네이버 백과사전

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