[화학공학기초실험] 5. 고체와 액체의 평형: 상평형 그림

소개글

[화학공학기초실험] 5. 고체와 액체의 평형: 상평형 그림에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론

본론
1. 실험

결론
1. 실험결과 및 정리
1) 순수한 나프탈렌
2) 나프탈렌-디페닐아민 혼합액
2. 연구과제
1) 다양한 고체-액체 상평형의 Phase diagram
2) 어는점 내림에 의해 용매에 소량 녹인 용질의 분자량을 결정하는 방법
3) 실험Data분석 Matlab m.file 알고리즘

본문내용

의 특징을 실험으로 다시 한 번 알 수 있었다. 용액 상태가 되면 빙점강하가 된다는 것도 실험을 통해 증명이 되었다. 실험의 오차는 마지막 온도 분포에서 나타나는데 열이 점점 빠져나가다가 나중에는 실험실온도와 같게 되는 평형상태가 되어버리기 때문이다. 실험의 가정에서 보면 용액은 시간에 따라 열을 일정하게 시스템에서 나간다. 하지만 Steady State 상태가 가까워 질 수록 잃어버리는 열과 받는 열이 점점 같아지기 때문에 시간이 지날 수록 오차가 커진다. 이런 오차를 줄이는 대안으로 상온에서 열을 식히는 것이 아니라 고체가 되고 얼마의 시간까지 일정하게 열량을 빼앗는 냉각장치를 실험에 추가 하는 것이 방법이 된다.
2. 연구과제
1) 다양한 고체-액체 상평형 system의 phase diagram
상평형을 상세하게 상평형 그림에 나타내었으며 증기, 액체 및 여러 고체상의 복합계에 대한 상평형 그림도 나타내었다. 마지막으로 독특하고 중요한 성질을 가진 특수한 상으로 구성되어 있는 표면에 중점을 두었다. 물리화학 제 7장 상평형 351p, 353p, 355p
2) 어는점 내림에 의해 용매에 소량 녹인 용질의 분자량을 결정하는 방법
비휘발성 용질이 휘발성 용매에 녹으면 용액 위의 증기압은 보통 감소하게 되는데 이상용액에서 이 증기압 강하는 용액내의 용질의 농도(특히 몰분율)에 비례한다. 또 이러한 증기압 강하 때문에 용액의 끓는점(또는 어는점)은 순수한 용매의 끓는점(또는 어는점)보다 더 상승(또는 강하)하게 되고, 이 끓는점 오름이나 어는점 내림의 정도는 일정한 용매에 대해서는 용질분자의 종류에 상관없이 용질의 양(농도)에만 영향을 받는다. 이것을 하나의 식으로 나타내면 다음과 같다.
△Tf= Kf(몰랄내림상수(어는점내림상수)) * m(몰랄농도)...........................................(1)
(△Tf=순수한 용매의 어는점-용액의 어는점, m=몰수/Kg )
어는점 내림만 안다면 위 식을 통해 몰랄농도를 구하고, 용매에 녹은 용질의 질량을 안다면 분자량을 구할 수 있다.
M2............................................................(2)
여기서 Kb 는 끓는점 오름상수라고 하며 특정용매에 대하여 실험적으로 결정된다. 어는점 내림의 경우 (1)식은 같은 형식인데 다만 어는점에 관한 양을 표시하는 기호가 달라져서 다음과 같이 된다.
ΔTf..........................................(3)
M2........................................................(4)
(3)식과 (4)식에서 ΔTb 는 어는점 내림이고, ΔHf 용매의 몰 녹음열(molar heat of fusion), To\' 은 순수한 용매의 어는점, Kf 는 어는점 내림상수이며 다른 것들은 모두 (1)식과 (2)식에서와 같다.
3) 실험Data분석 Matlab m.file 알고리즘
가.순수한 나프탈렌 냉각곡선(naf.m)
na=[78;77;76;75.5;75;74.5;74.5;74;73.5;73.5;73;73;72;71.5;70.5;70;70;69.5;69.5;68.7;67.5;66.5;65.5;64.6;63.8;62.9;62;61.3;60.5;59.8;58.7;57.8;56.9;56;55.2;54.3;53.4;52.3;51.4;50.5;49.5;48.5;47.6;46.8;45.8;45.0;44.0;43.5;42.8;42;41.5;40;39.5;39;38.5;38;37.6;37.1;36.7;36.1;35.8;35.5;35.1;34.9;34.5;34.1;33.9;33.7;33.2;33;32.8;32.6;32.3;32;31.8;31.5;31.2;31;30.9;30.8;30.7;30.5;30.3;30.1;30];
n=length(na);
t=(1:n);
plot(t,na,\'gx\')
hold on
T=(75.5+75+74.5+74.5+74+73.5+73.5+73+73)/9
Y=ones(1,11)*T;
TT=80.3
YY=ones(1,11)*TT;
plot(1:11,Y,\'g\',1:11,YY,\'m\')
naa=na(10:n);
naaa=naa\';
t=(1:n-10+1);
p=polyfit(t,naaa,1);
y=p(1)*t+p(2);
plot(10:n,y,\'g\')
나. 나프탈렌 80wt% 나프탈렌-디페닐아민 용액(naf8di2.m)
na8di2=[84 77 74 72 71 70 70 69 69 69 68 68 67 66 66 66 65 65 65 65 65 65 64.5 64 63.5 63 62 62 61.5 61 60 58 57 56 55 54.5 54 53 52 51.5 50 50 49.5 49 48 47 46.7 46 45.4 44.9 44 43.8 43 42.2 42 41.8 41.3 40.7 40.2 39.8 39.5 38.9 38.2 38 37.8 37.5 37 36.8 36.3 36];
n=length(na8di2);
t=(1:n);
plot(t,na8di2,\'bx\')
hold on
na8di2a=na8di2(1:6);
t=(1:6);
p=polyfit(t,na8di2a,1);
y=p(1)*t+p(2);
T11=y(6);
plot(t,y,\'b\')
na8di2b=na8di2(7:30);
t=(1:30-7+1);
p=polyfit(t,na8di2b,1);
y=p(1)*t+p(2);
T12=y(1);
T23=y(24);
plot(7:30,y,\'b\')
na8di2c=na8di2(31:n);
t=(1:n-31+1);
p=polyfit(t,na8di2c,1);
y=p(1)*t+p(2);
T33=y(1);
plot(31:n,y,\'b\')
T=(T11+T12)/2
TT=(T23+T33)/2
나.나프탈렌 wt%에 따른 상평형 곡선(nafend.m)
T=[54.0000 38.8093 48.6221 68.8382 74.0556];
TT=[54.0000 31.0000 44.5927 59.1397 74.0556];
wt=[0 20 50 80 100];
plot(wt,T,wt,TT)

키워드

화학공학,   화공,   기초실험,   상평형,   고체,   액체