확산(분자) 실험

목차

1. 실험 목적

2. 원리와 이론

3. 실험 기구 및 시약

4. 실험 방법

5. 실험결과

6. 결과 해석 및 고찰

7. 참고문헌

본문내용

.44
·yA2 = 0 ·yB2 = 1
▶
M_L
=
{y_A1 } over {ln (1 / y_B1 )}
= 0.68
▶
{ (``z_t^2 - z_0^2``) }} over {t }
= 9.32×10-4 (㎤/s)
※
D_AB = {{ρ_ML ``````M_L } } over {{2```ρ_Mg `````M_1} }
×
{ (``z_t^2 - z_0^2``)} over {t }
= 0.194 (㎤/s)
확산 이론치(1atm, 40℃에서 DAB = 0.115(㎠/s))
상대오차 =
{0.115-0.194 } over {0.115 } × 100
= 69％
2. 메탄올(1atm, 40℃)
시간(s)
zt1
zt0
zt12 -zto2
0
4.6
4.6
0
1800
4.7
4.6
0.93
3600
4.8
4.6
1.88
5400
4.8
4.6
1.88
7200
4.9
4.6
2.85
아세톤과 같은 방법으로 계산하면
▶
{ rho }_{ML }
=
{ { rho }_{ A(밀도)}} over { { M}_{ A(분자량)}}
=
{0.7928(ｇ/㎤) } over {32.04(g/mol) }
= 0.02474
▶
M_1
=
{ { p}_{ A1} } over { p}
= yA1
·yA1 =
{ { p}_{ A1} } over { p}
= 0.897bar/1.013bar = 0.88
·yB1 = 1 - yA1 = 0.12
·yA2 = 0 ·yB2 = 1
▶
M_L
=
{y_A1 } over {ln (1 / y_B1 )}
= 0.42
▶
{ (``z_t^2 - z_0^2``) }} over {t }
= 3.95×10-4 (㎤/s)
※
D_AB = {{ρ_ML ``````M_L } } over {{2```ρ_Mg `````M_1} }
×
{ (``z_t^2 - z_0^2``)} over {t }
= 0.059 (㎤/s)
확산 이론치(1atm, 40℃에서 DAB = 0.176(㎠/s))
상대오차 =
{0.176-0.059 } over {0.176 } × 100
= 65％
3.사염화탄소(1atm, 40℃)
시간(s)
zt1
zt0
zt12 -zto2
0
3.5
3.5
0
1800
3.5
3.5
0
3600
3.7
3.5
1.44
5400
3.7
3.5
1.44
7200
3.8
3.5
2.19
▶
{ rho }_{ML }
=
{ { rho }_{ A(밀도)}} over { { M}_{ A(분자량)}}
=
{1.595(ｇ/㎤) } over {153.82(g/mol) }
= 0.01036
▶
M_1
=
{ { p}_{ A1} } over { p}
= yA1
·yA1 =
{ { p}_{ A1} } over { p}
= 0.21bar/1.013bar = 0.20
·yB1 = 1 - yA1 = 0.80
·yA2 = 0 ·yB2 = 1
▶
M_L
=
{y_A1 } over {ln (1 / y_B1 )}
= 0.896
▶
{ (``z_t^2 - z_0^2``) }} over {t }
= 3.04×10-4 (㎤/s)
※
D_AB = {{ρ_ML ``````M_L } } over {{2```ρ_Mg `````M_1} }
×
{ (``z_t^2 - z_0^2``)} over {t }
= 0.181 (㎤/s)
확산 이론치(1atm, 40℃에서 DAB = 0.033(㎠/s))
상대오차 =
{0.033-0.181} over {0.033 } × 100
= 445％
6. 결과 해석 및 고찰
이번 실험은 압력에서 공기로의 일방적인 확산을 통해 확산 계수를 구해 보는데 있었다.
아세톤, 메탄올, 사염화탄소를 사용하여 총 3번의 실험을 한 결과 모두
실험을 40℃의 온도에서 밖에 못했지만 확산 계수식과 관련된 참고 도서를 봤을 때 온도가 증가 할수록 확산 계수가 커지고, 온도가 낮아지면 확산계수가 급격히 감소하는 걸 알 수 있다.
즉, 확산계수는 온도, 시간에 비례한다.
또한 실험을 40℃에서 하는 이유는 아세톤이나 메탄올 모두 끓는점이 55~65℃ 이기 때문에 온도를 너무 높게 잡으면 완전히 증발할 우려가 있고, 너무 낮게 잡으면 증발량이 미세해서 측정이 곤란하다는 사실을 고려하여 실험 온도는 40℃로 한다.
실험에서 오차가 발생했는데, 그 원인으로는 공기를 1 atm으로 일정하게 넣어 주어야 하는데 처음에 압력 조절 밸브로 정확하게 맞춰 주어도 시간이 지 날수록 값이 계속 틀려졌기 때문에 오차가 생겼을 거라고 생각했다.
또 하나의 원인으로는 우리가 가진 자로는 그 미세한 변화를 읽어내기 힘들었기 때문에 오차가 생긴 것 같다. (버니어 캘리퍼를 사용하는 것이 적절함.)
그리고 그 외에 오차의 원인으로는 우리가 아놀드 셀(확산 셀)을 수직으로 세워서 실험을 해야 하는데 완벽하게 고정을 시키지 못한 것으로 오차가 발생한 것 같다.
3번의 실험 중 사염화탄소의 오차가 400% 이상이 발생했는데 그 원인은 확산이 40℃에서 잘 일어난다고 볼 때, 사염화탄소의 끓는점은 76℃ 이상이었기 때문에 증발량이 미세해서 오차가 발생한 것 같았다.
확산은 분자운동에 의한 확산 운동이 지배적이다. 그러므로 기체 분자의 운동성이 액체 분자의 운동성보다 크기 때문에 확산 계수 역시 기체 확산 계수가 더 큰 값을 갖고 결과적으로 기체 확산 속도가 액체 확산 속도 보다 더 빠름을 확인할 수 있다.
7. 참고문헌
화공 단위 조작
물질과 열의 전달 (최창균, 윤도영, 안동준 등)
네이버 백과사전
http://mme.yu.ac.kr/kcho/lectures/da303/diffusion.hwp
http://ksei.kerinet.re.kr/qna/easyqna/chemistry/c0024.htm
http://uniweb.unitel.co.kr:8083/class/chem/lesson/chapter4/state/gas/gas6.html
http://www.hallym.ac.kr/%7Eneuro/kns/tutor/nurse/%C1%B6%C0%BA%C1%A4.html
http://www.yumc.or.kr/dentistr//dmi/file/lyk5.hwp

키워드

확산,   확산계수