기체액체확산실험

목차

1. Abstract

2. Introduction
2-1. 실험 목적

2-2. 실험 이론

3. Experiment
3-1. 실험 장치

3-2. 실험 방법

3-2-1. 기체 확산 실험

3-2-2. 액체 확산 실험

4. Results & Discussion

4-1. Raw Data & Calculation

4-2. Results & Discussion

5. Conclusion

6. References

본문내용

액의 부피
1320 mL
x
2. 모세관의 길이
0.5 cm
r
3. 모세관의 반지름
0.05 cm
N
4. 모세관의 수
10 EA
C
5. NaCl 용액의 농도
0.01 mol
6. 단위몰농도 변화에 대한 전기전도도의 변화
0.41
Figure 7. 0.01M NaCl용액의 전도도와 시간의 관계
④ 0.02M일 때
Table 5. 액체 확산 0.02M
v
1. 바깥용기에 들어있는 액의 부피
1320 mL
x
2. 모세관의 길이
0.5 cm
r
3. 모세관의 반지름
0.05 cm
N
4. 모세관의 수
10 EA
C
5. NaCl 용액의 농도
0.02 mol
6. 단위몰농도 변화에 대한 전기전도도의 변화
0.41
Figure 8. 0.02M NaCl용액의 전도도와 시간의 관계
3) 구하기
Table 6. 몰농도에 따른 전도도
M농도
초기 전도도
0.001M
8.0
0.002M
19.25
0.01M
19.19
0.02M
11.62
Figure 9. 몰농도에 따른 전도도
위의 그래프에 따라, 그래프의 식은
4-1-2. 기체 확산 실험
1) Raw Data
Table 7. 기체 확산 실험 Raw Data
(처음의 높이: 6.0㎝; 측정 간격: 5분)
측정 횟수(회)
Acetone의 액면까지의 높이. Z (㎝)
1
6.1
2
6.3
3
6.5
4
6.6
5
6.7
6
6.8
7
6.9
8
7.0
Figure 10. Material injection into the capillary tube
2) 기체 확산 실험 Calculation
- 관의 끝 부분부터(Z=0)부터 아세톤 액면까지 높이(Z) : 6.0㎝
Table 8. 값
Temp.(℃)
Time(min.)
Liquid level(㎝)
40℃
5
6.1
1.21
10
6.3
3.69
15
6.5
6.25
20
6.6
7.56
25
6.7
8.89
30
6.8
10.24
35
6.9
11.61
40
7.0
13
Figure 11
∴ 기울기 = =
- 액상 아세톤의 몰밀도()
- 기상에서의 전체 몰농도()
압력계 차이, 30mmHg,
- 기/액 표면에서의 아세톤의 증기압은 온도 Antonion식에 의해
=456.9mmHg.
∴
4-2. Results & Discussion(결과& 토론)
이번 실험은 액체와 기체 물질의 이동속도를 지배하는 중요한 인자이자 온도, 압력, 조성의 영향을 받는 확산계수를 구하고 확산에 대하여 이해하는 실험이었다. 액체 확산실험의 목적은 액체가 농도차에 의하여 확산을 하는 현상에서 확산의 개념을 이해하고, 농도와 확산계수와의 관계를 알아보는데 있다. 또한, 기체 확산실험에서는 확산 cell을 이용하여 에탄올이 공기나 질소 중으로 증발할 때 확산계수를 측정하는 실험이었다.
이 액체확산 실험에서 중요한 것은 확산셀의 표면은 기포가 없이 일정하게 채워져 있어야하는데 기포를 빼는 데 어려움이 컸고, 완벽하게 제거하기 못해서 오차값이 크게 나오는 결과를 얻은 것 같다. 또한, 확산셀의 조작 미숙도 오차의 원인으로 보인다. 실제로 실험을 하면서 여러 번의 실험 반복 끝에 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 정확한 농도의 NaCl을 사용했는지에 대한 여부이다. 우리가 4가지의 다른 농도를 제조하여 실험에 사용하였기 때문에 정확한 농도를 만들지 못했을 수도 있다. 또한 같은 실험이 계속 반복되면서 Probe을 매번 새로운 증류수로 헹궈주고 말려준 후 해야 했지만, 증류수로 헹궈주는데 그쳤으므로 남아있는 다른 농도의 NaCl로 인해 전도도에 영향을 미쳤을 것이다.
다음으로 기체 확산에서는 기체로서 휘발성이 강한 아세톤이 40℃로 유지되는 항온조를 통해 열을 받아 증발함에 따라 그 양이 점차 줄어드는 것을 모세관의 높이가 점차 줄어드는 것을 통해서 볼 수 있었다. 이 때 아세톤은 공기제습기로서 공기를 제거해주었으며, 공기와 차단되었기 때문에 아세톤만의 일방확산이 일어날 수 있도록 장치하였음을 염두 해 주었다. 우리의 실험에서 확산계수는 1.0475㎠/s로서 이론값과 약 9.7%의 오차가 발생하였다. 오차의 원인으로는 첫 번째로 모세관의 눈금을 제대로 읽지 못한 것이다. 한 측정자가 측정을 했음에도 불구하고 정확한 측정치를 얻기가 힘들었다. 두 번째로, 항온조의 온도가 40℃~44℃로 유지되었으나 아세톤이 활발하게 증발하기에는 온도가 낮았다고 생각한다. 세 번째로, 아세톤에 불순물이 포함되었을 경우 증발되어 확산하는데 영향을 주었을 수도 있다.
5. Conclusion(결론)
액체 확산 실험에서 실험 결과 확산계수는 0.001M일 때 cm2/sec, 0.002M일 때 cm2/sec, 0.01M일 때 cm2/sec, 0.02M일 때 cm2/sec였다. 이 때, 농도가 진해질수록 확산계수의 값이 커야한다. 그러나 우리의 실험 그래프는 그러하지 못하였다.
기체확산 실험에서 실험의 결과로 40℃에서의 아세톤의 확산계수는 1.0475㎠/s로 측정되었다. 이 실험을 통해 혼합물이 수직(Z)방향으로 농도차가 있을 때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위 시간당 Acetone이 확산하는 속도는 단면에서의 농도 기울기에 비례한다는 것을 알 수 있었다.
실험의 결과값은 여러 오차원인으로 인해 정확히 얻지 못했지만 확산의 개념에 대해서 이해하였고 기체와 액체의 확산계수를 구하는 방법을 배울 수 있었다. 또한 지금 배우고 있는 유체역학의 한 부분으로 경험을 통해서 알게 되었기 때문에 교과내용을 더 잘 이해할 수 있는 실험이었다.
하지만 확산의 개념에 대해서 이해하였고 전도도수치를 가지고 Cell상수를 구하고, 확산계수를 구하는 방법을 알게 되어 좋았다.
6. References
[1] 단위조작, 7TH edition, 이화영/전해수/조영일 공저
[2] 열 및 물질전달, C.O.BENNETT, J.E.MYERS
[3] 화학공학개론, 김학준 저, 문운당(2000), p.209~213.
[4] Unit Operations of Chemical Engineering 제 2판, 고완석 외 5명 편저, 보문당 (1998), p.247~253.
[5] 화학공학실험 1 ,전북대학교 화학공학과, chapter5, 2008.

키워드

기체,   액체,   확산실험