열역학실험 액체의 증기평형 레포트

소개글

열역학실험 액체의 증기평형 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Description
2.Data sheet
3. Result
4.Discussion
5. Reference

본문내용

이론값
오차율(%)
온도(℃)
56
53.8
4.08%
조성(%)
42.1
39.6
6.83%
Cal)
오차율 =
온도 오차율 =
조성 오차율 =
4.Discussion
이번 실험은 혼합물의 굴절률을 이용하여 혼합물의 조성을 구하고, 온도 - 조성 그래프를 이용해 액상과 기상의 공비점(함께 끓는 혼합물)에서의 조성을 알아내는 실험이다. 2개 이상의 물질을 혼합한 혼합물에서는 두 성분간의 상호작용으로 인해 증기압이 변하게 된다. 두 혼합물은 상호작용으로 인해 서로 다른 온도에서 끓게 되는데 두성분의 조성이 한 지점에서 같은 온도의 끓는점을 갖는다. 이 조성의 혼합물을 함께 끓는 혼합물이라고 정의하는데, 이 조성에서는 액상과 기상의 조성이 같다는 것이 특징이다. 굴절계를 이용하여 액상과 기상의 각 조성별 끓는점과 몰분율을 측정해 온도 조성 그래프로 나타냄으로써 공비점을 찾는 것이 이번 실험의 목적이다.
실험과정에서 실험의 정밀도와 정확도를 높이기위해 여러 가지 조치를 했는데 그것의 이유에 대해서 조사해 보았다.
1) Why?? 실험시에 유리를 조각내어 끓임쪽으로 사용하는데, 이것의 원리는 무엇일까?
끓임쪽을 넣어주는 이유는 액체가 끓는점 이상으로 가열된 뒤 돌발적으로 끓어 넘치는 돌비현상을 막아 주기 때문에 액체가 끓기 전에 끓임쪽을 넣어준다. 그렇다면 이 원리는 무엇일까?
끓임쪽으로 사용하는 것은 아주 작은 구멍이 나있는 유리, 사기 돌 조각 등을 사용하는데 끓임쪽에 있는 미세한 구멍들이 액체가 온도가 올라가면 이 구멍들 속에 들어 있는 공기가 팽창하고 기포를 형성해 구멍 밖으로 나오게 된다. 이 기포들은 액체 속에서 빈틈을 만들어 액체가 끓는점에서 돌비 현상 없이 서서히 끓어 온도를 유치하면서 기화된다. 끓임쪽으로 사용하는 물질들은 실험에서 오차의 요인으로 작용하지 않도록 열충격이나 화학적 침식에 강한 것을 사용하는 것이 좋다.
2) Why?? 실험과정에서 혼합물의 기상의 조성을 측정할 때 냉각장치 아래에 있는 기상을 2번 정도 플라스크에 넣어주는 이유는 무엇일까?
끓는점 측정장치에서 원형 플라스크 부분에 혼합물을(액체) 담아 끓여서 생성된 증기가 장치의 가지를 타고 냉각장치(콘덴서)를 통해 증기가 액체로 응축된다. 이 응축된 액체는 증발된 기체를 냉각시킨 것 이므로 증발된 기체와 같은 조성을 띄어 이 응축된 액체의 조성으로 기상의 조성을 측정할 수 있다. 실험중 이 과정에서 응축된 액체를 스포이드를 이용해 원형플라스크 안으로 2~3회 정도 보내주었는데, 이 이유에 대해서 생각해보았다.
끓는점 측정 장치는 증발되는 혼합물외에도 기존에 실험 장치를 채우고 있는 다른 공기가 있다. 첫 실험에서는 대기와 같은 성분의 공기로 이루어져있어 이 공기는 어는점이 혼합물에 비해 크게 낮아 혼합물이 증발하며 기존성분들을 밖으로 몰아내어 지고 혼합물들은 냉각장치(콘덴서)를 통해 응축되어 진다. 실험이 진행될수록 벤젠 또는 메탄올을 원형플라스크에 첨가시켜 조성을 변화시켜 주는데, 이미 앞에 실험했던 조성의 혼합물이 장치내부에 가득 차 있어서 냉각장치를 통해 응축되는 액체가 완전히 현 조성의 기상 조상이랑 차이가 생긴다. 때문에 응축된 액체를 여러번 순환시켜 장치내부를 현 조성의 증기로 맞춰주는 것이다. 여러번 순환될수록 기상의 몰분율은 정확한 값으로 측정할 수 있어 오차의 요인을 줄일 수 있다.
3)Why?? 혼합물의 끓는점은 왜 순물질보다 끓는점이 낮아지는 걸까??
실험시 가장 의문이 들었던 부분이다. 용액의 총괄성의 성질로 인해 혼합물은 부 물질간의 인력으로 인해 증기압력이 낮아져 끓는점 오름 현상이 나타난다. 하지만 실험에서는 벤젠의 끓는점이 80℃이지만 혼합물의 어떠한 조성에서도 벤젠의 끓는점 보다 높은 조성이 없었다. 심지어 어떤 조성에서는 메탄올의 끓는점에서보다 더 낮은 끓는점을 띄는 혼합물도 있었다.
왜 이 두혼합물은 끓는점 오름 현상이 적용되지 않는 것일까?? 비휘발성 물질에서는 실험을 통해서도 끓는점이 오르는 것을 확인했었다. 휘발성 물질의 증기압력은 어떠한 법칙을 따르는지 조사해 보았다. 휘발성 물질의 경우 증기압력은 두 물질의 조성비에 따라 나타나는데, 이 것은 예비레포트에 적혀있던 라울의 법칙에 해당한다.
는 전체 압력을 의미하며 전체압력은 A와 B의 부분압력의 합이다. 그리고 두 기체의 압력은 순수할 때의 증기압()과 몰분율의 곱으로 나타내어진다. 식에서도 확인할 수 있듯이 혼합용액을 만들면 증기압력은 두 액체가 순수할 때보다 높아질 수 없다는 것을 알 수 있다.
라울의 법칙은 이상용액의 조건일 때 적용되어지는 법칙이다. 실제 기체의 증기압은 어떻게 나올까?
[fig1. 이상용액과 실제 용액의 증기압]
위의 그래프를 통해 실제 용액에서는 라울의 법칙보다 증기압이 크게 나타나거나 작게 나타날 수 도 있다는 것을 알 수 있다. 이제껏 우리가 교육을 통해 배운 과정이외에도 다른 요인의 작용으로 용액의 증기압이 결정될 수 있다는 것이다. 인터넷 검색으로도 이 현상에 대해서 답을 찾지 못했다.
오차의 요인
1) 굴절계 사용의 오차
사용한 굴절계는 사람의 육안으로 측정하는데, 사람의 시력의 한계로 눈금을 읽는 과정이나 정확히 장치를 중앙점을 맞추는 과정에서 오차의 요인이 작용할 수 있다.
2) 용액의 조성의 비정확성
굴절률을 측정할 때마다 혼합물을 채취하였다. 이 과정에서 처음에 첨가한 메탄올 또는 벤젠의 양이 계속해서 줄어들게 되는데, 오차의 요인으로 작용될 수 있다.
3) 온도계의 눈금
사용한 온도계는 눈금이 1℃ 마다 표기되어잇으며 소수점 단위의 온도를 측정하기 어렵다. 함께 끓는 혼합물의 최저온도를 측정하기엔 아쉬운 정밀도의 온도계이며 오차의 요인으로 작용 될 수 있다.
4) 첨가한 시료의 양
첨가된 시료의 순도에 따른 양을 정확히 계산하고 첨가하지 않았고 사용한 스포이드의 눈금이 정확하지 못하기 때문에 이 과정에서 오차의 요인으로 작용 할 수 있다.
5. Reference
책 제목
출판사
저자
출판연도
참고페이지
화공 열역학 실험
강태범,이현경 저
네이버 ‘라울의 법칙’로 검색시 http://blog.naver.com/dyner/100190110343

키워드

액체의 증기평형,   증기평형,   열역학실험