단증류 실험_결과레포트 [A+]

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목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

출률 는 0.3503이므로 이를 대입해 를 구할 수 있다.
또한 는 다음 Fig 4.처럼 실험 결과로 나온 40wt% 에탄올의 조성인 =53.00%를 대입해 계산할 수 있다.
유출액의 평균 조성의 이론적인 값은 다음과 같이 계산할 수 있다.
이제 비휘발도 를 계산하고, 실험값과 이론값을 비교해 오차율을 계산해보자.
- 40wt% 에탄올 수용액의 비휘발도
→
FIg 4. 40wt% 에탄올 수용액과 유출액의 조성 의 계산
측정값
수용액
잔류액
유출액
40wt% 실험값
53.00
25.76
76.48
40wt% 이론값
53.00
39.5
78.04
오차율 (%)
-
34.78%
1.999%
Table 8. 40wt% 에탄올 수용액의 실험값과 이론값
<2. Discussion >
이번 실험은 20wt% 와 40wt% 에탄올 수용액을 가열시켜 진행하는 단증류 실험이었다. 먼저 각 에탄올 수용액을 제조하기 위해 질량 퍼센트를 계산해 20wt%에는 에탄올의 질량은 69.82g, 증류수의 질량은 넣어주고, 40wt%에는 139.64g의 에탄올과 의 증류수를 넣어주었다. 그런데 실험의 결과를 살펴봤을 때 20wt%에서 수용액에 남아있는 에탄올의 양이 102.04g 으로 조성을 계산해보니 31.08wt%가 나왔고, 40wt%에서 수용액에 남아있는 에탄올의 양은 144.64g 으로 조성이 53wt% 가 나왔다. 이는 두 경우 모두에서 처음 제조한 에탄올의 양보다 가열 후의 수용액 속의 에탄올의 양이 많아지는 이상적이지 않은 결과이다. 이는 실험 과정 중의 어떠한 원인으로 인해 결과에 영향을 주었다는 의미이기 때문에 이러한 오차의 원인을 분석해보아야 한다.
Table 7,8 에 정리한 20wt%와 40wt% 에탄올 수용액의 실험값과 이론값 사이의 오차율을 비교해보면 40wt% 에탄올 수용액의 잔류액과 유출액의 오차율이 더 적게 나왔다. <1. Result>에서 계산한 비휘발도 의 값을 비교해보면 20wt% 에탄올 수용액의 비휘발도는 4.1039, 40wt% 에탄올 수용액의 비휘발도는 4.0573이었다. 두 실험 모두 비휘발도가 1 이상이므로 증류 조작이 잘 일어날 수 있다는 것을 의미한다. 또한 이론적으로는 20wt% 수용액의 비휘발도가 더 작아야 하는데 더 큰 결과가 나왔다. 비휘발도가 클수록 증류에 의한 분리가 용이하므로 20wt% 수용액의 분리가 더 용이했다는 것을 알 수 있다.
Table 7,8 에 정리한 20wt%와 40wt% 에탄올 수용액의 실험값과 이론값 사이의 오차율을 비교해보면 40wt% 에탄올 수용액의 잔류액과 유출액의 오차율이 더 적게 나왔다. 그러나 두 경우 모두 수용액의 에탄올의 조성과 양부터 오차가 매우 큰 상태에서 시작되었기 때문에 적은 오차율이 아니다. 그러므로 이렇게 실험의 결과가 정확하지 않게 나오게 된 원인을 분석해볼 필요가 있다고 생각해 다음과 같이 여러 오차의 원인들을 생각해보았다.
먼저, 단증류 실험 장치를 설치할 때 각 장치들을 연결해야 하기 때문에 연결 부위마다 유체가 빠져나가지 않도록 꼼꼼하게 밀봉시켜 주어야 했다. 이번 실험에서는 테이프와 파라필름을 이용해 연결 부위를 밀봉했는데, 증류 플라스크를 Heating mantle 에서 가열하는 과정에서 열에 약한 파라필름이 증류플라스크와 냉각기를 연결하는 부위에서 녹아 그 틈 사이로 응축된 에탄올이 새는 것을 볼 수 있었다. 이로 인해 손실률의 계산에 변화가 생겼을 것이라고 생각한다.
또한 전자저울의 소수점 자리 측정불가능으로 인한 오차가 있다고 생각한다. 이번 단증류 실험 결과표에는 에탄올의 밀도를 소수점 넷째자리까지 구해 기입해야 했는데, 이번 단증류 실험에 사용된 전자저울은 소수점 둘째자리까지만 측정해주는 저울이었기 때문에 각 무게를 둘째자리까지밖에 측정하지 못했고, 이로 인해 밀도의 계산이 매우 이루어지지 못하였다. 이로 인해 다른 측정값들도 연쇄적으로 계산되기 때문에 계산 결과에 영향을 주었을 것이라고 생각한다.
그리고 이번 실험에 사용한 여러 실험기구들에 남는 잔류 유체로 인한 오차도 있었을 것이라 생각한다. 단증류 실험은 유체의 양이 1g 만 손실되어도 실험의 오차율이 크게 달라지는 실험이다. 이번 실험에서는 밀도와 무게의 측정을 위해 비중병, 비커, 증류 플라스크와 삼각플라스크 등 여러 가지의 실험기구를 이용해 실험한다. 먼저 비커에서 수용액의 무게를 측정하고 그 수용액의 밀도를 계산하기 위해 비중병에 넣고, 다시 이 비중병의 수용액을 다시 플라스크에 옮겨 실험한다. 이렇게 유체가 여러 도구에 옮겨 담아지면서 플라스크에 옮겨지지 않고 남아있는 잔류 유체는 불가피하게 발생했을 것이고, 이러한 작은 무게의 변화로 인해 실험의 오차율에 영향을 주었을 것이라고 생각한다.
4. Conclusion
이번 단증류 실험은 에탄올과 물의 이성분계 용액을 각각 20wt%와 40wt% 조성으로 만들어 진행되었다. 실험 후 잔류액과 유출액의 조성을 계산해 에탄올의 양을 측정하였고, 손실량을 계산하였다. Rayleigh 식을 이용해 실험의 결과값을 계산해 이를 이론값과 비교하여 오차율을 계산하였다. 40wt%보다 20wt%의 오차율이 더 크게 나왔으며, 두 실험 모두에서 제조할 때 넣어준 에탄올의 양보다 실험 후의 수용액 속의 에탄올의 양과 조성이 더 높게 나오는 오차가 발생하였다. 이러한 정확도가 낮은 실험의 결과가 나온 원인을 분석해보고, 오차를 야기한 여러 가지 원인에 대해서 생각해보았다. 정확도가 더 높은 실험의 결과를 위한 방법은 유체가 흘러나가지 않도록 꼼꼼하고 정확하게 설치한 실험장치와 온도에 따라 변화하는 에탄올의 정확한 밀도의 값을 취해 주어야 한다는 것이다. 또한 순수한 에탄올을 얻기 위해서는 유출액을 다시 단증류해 실험을 반복해서 진행하는 것이다. 이렇게 하면 에탄올의 조성이 높아져 더 순수한 에탄올을 얻을 수 있을 것이다.
5. Reference
[1] [2019년-2학기] 단증류 작성표
[2] “American Institute of Physics Handbook, McGrew-Hill, New York, p.2-142, Table 2N-5, (1957).

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