[화공실험] Batch reactor를 이용한 반응속도상수의 결정 결과 : 반응속도에 미치는 온도의 영향을 조사하기 위하여 Ethyl acetate의 hydroxide에 의한 감화반응을 여러 온도에서 행하여 반응속도 상수 비교

소개글

[화공실험] Batch reactor를 이용한 반응속도상수의 결정 결과 : 반응속도에 미치는 온도의 영향을 조사하기 위하여 Ethyl acetate의 hydroxide에 의한 감화반응을 여러 온도에서 행하여 반응속도 상수 비교에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
　1) 반응속도
　2) 반응차수
　3) 평균반응속도와 순간반응속도
　4) 감화반응과 반응속도식
　5) 속도식의 결정
　6) 미분법
　7) 적분법

4. 실험방법

5. 실험결과

6. 고찰

7. 결론

8. 참고문헌

본문내용

ot하면 가 기울기가 된다. 따라서 활성화 에너지 (기울기) 가 된다. ()

온도 (K)
1/T
미분법
적분법
k
lnk
k'
lnk’
318
0.00314
2.5055
0.9185
11.755
2.464
333
0.003
2.5596
0.9399
19.374
2.964
② 위의 Data를 그래프로 Plot하면 다음과 같이 된다.
③ 미분법을 통해서 Plot한 그래프를 해석을 해보면 기울기가 386.43이 나오고
R=8.3143 J/mol*K 이므로 (-386.43) = 3.212 kJ/mol*K 임을 알 수 있다.
④ 적분법을 통해서 Plot한 그래프를 해석을 해보면 기울기가 54421이 나오고 R=8.3143 J/mol*K 이므로 (-54421) = 452.456 kJ/mol*K 임을 알 수 있다.
6. 고찰
이번 실험은 화학반응속도에 미치는 온도의 영향을 조사하기 위한 실험이었다. 현재 화공생명공학과 3학년에 재학중인 학생으로써 반응속도와 반응속도 상수등의 개념 및 내용은 1학년 때 배웠던 Chemistry 에서부터 시작하여 현재 수강중인 Chemical Reaction Engineering 과목에서도 충분히 배웠다. 이론값이 얼마인지를 알 수 없기 때문에 오차의 정도를 측정 할 수는 없지만 실험 Data를 해석하고 결과를 구하는 과정에서 자연로그안의 숫자가 음수가 나온다던지 미분법과 적분법을 해석했는데 그 결과값이 큰 차이는 보이는 것으로 미루어 보아 실험이 정확하게 이루어졌다고는 말할 수 없을 것 같다.
여기서 이렇게 실험이 잘못되고 오차가 생긴 원인을 살펴보자. 먼저 실험을 할 때 신중하게 하지 못한 점을 둘 수 있다. 이번 실험에서 가장 중요한 Data값은 미반응한 NaOH의 양을 구하는 것인데 이를 구하기 위해서 우리는 Ba(OH)2 수용액을 이용하여 적정을 하였다. 여기서 첫 번째 오차는 적정시 들어가는 Ba(OH)2 수용액의 양이 0.1ml 단위까지 정확하게 측정되어야 하는데 실제 적정을 할 때 뷰렛의 조절을 급격하게 하여 중화점을 이미 지나고도 추가적인 Ba(OH)2 수용액이 첨가되어 적정된 용액의 색이 연한 붉은색이 아니라 아주 붉은 염기용액이 되어 버렸다. 이렇게 잘못 측정된 양을 Conversion 하고 이를 통해 수치해석적인 방법을 도입하니 약간의 오차는 점점 커져서 나중에는 Data해석이 불가능하도록 만들었다.
두 번째 오차의 원인은 온도조절이다. 원래의 실험에서는 3구플라스크의 온도를 일정하게 유지하게 하기 위해서 항온조를 사용해야 하는데 이번 실험에서는 항온조 대신 오일베스를 사용하였다. 오일베스를 사용하여도 온도를 조절할 수는 있지만 정확한 온도를 계속해서 유지하는 것이 불가능했다. 실제 실험시에도 60℃를 유지해야하는 3구 플라스크의 온도는 조금씩 조절을 통해 54~59℃를 왔다갔다 했다.
실험을 할 때 항상 나오는 오차의 원인으로는 시료의 보관 및 시간에 따른 농도의 변화를 생각 할 수 있다. 이번 실험은 3시간이 넘는 시간동안 반응을 하는데 미리 제작해놓은 HCl 수용액이나 Ba(OH)2 수용액은 3시간이 지날 동안 증발도 일어나도 계속해서 시료를 사용하다보면 조성의 변화도 생길 수 있다. 이러한 점이 작게나마 오차에 기여를 한 것 같고 다음으로 생각해 볼 수 있는건 Ba(OH)2 수용액의 문제이다. 우리가 Ba(OH)2 수용액으로 적정을 시작할 때 Ba(OH)2 시료가 증류수에 잘 녹지않아 계속 교반기를 돌리고 저어줬지만 끝까지 Ba(OH)2 시료가 모두 다 녹은 완벽한 농도의 수용액이 완성되지 않았다. 다시 말하면 우리는 실제 계산한 Data의 농도보다 훨씬 더 낮은 농도의 Ba(OH)2 수용액으로 적정을 했고 그로인해 적정을 하는데 사용된 Ba(OH)2 수용액의 양이 급격하게 늘어났다. 이것또한 큰 오차의 원인을 만든 것 같다.
다음으로 생각해 볼 수 있는 것은 Data를 해석하는 방법이다. 위에서는 3점공식을 사용하여 Data를 해석했지만 수치해석강의에서 배운바에 따르면 수치적인 미분법이나 적분법이 상당히 많이 그리고 다양하게 존재한다고 알고 있다. 결과 Data에 따라서 그것에 가장 잘 맞는 수치해석적인 방법을 사용해야 하는 것이다. 미분법의 같은 경우 어느정도 Data가 해석이 되지만 적분법의 경우 5개의 Data중 마지막 2개의 Data는 자연로그안의 수가 음수가 나와서 결국 버리고 해석을 했다. 이렇게 Data를 버리게 되니 60Min간의 실험 중 30Min을 사용하여 기울기를 계산하기 때문에 속도상수의 값이 급격히 커진 것을 볼 수 있다. 이렇게 5개 밖에 없는 Data중 2개를 버리고 3개의 Data만을 가지고 결과를 해석하는 것은 정확도가 없다고 볼 수 있다. 또한 이렇듯 적분법이 불가능 하다면 그에 맞는 다른 Data해석법을 도입해야 같은 Data를 사용하여 결과를 해석하더라도 오차를 줄이고 좀 더 정확한 목표값을 얻을 수 있다.
이번 실험을 통해서 우리가 흔히 계산하고 대입해서 사용하던 반응속도 상수값이 실제로 측정되고 구해지는 과정이 얼마나 어렵고 정밀함을 요하는지 알 수 있었고 그동안 계산으로만 해보고 교재에서나 보던 값들을 실험을 통해 직접 구해봄으로써 속도상수에대한 개념을 좀더 잘 이해할 수 있고 그에 따른 수치해석적인 기법의 사용도 다시 한 번 되짚어보는 기회였던 것 같다.
7. 결론
이번실험을 통해서 반응속도의 상수를 결정할때 어떠한 방법으로 결정이 되고 실험을 진행하며 생긴 약간의 오차가 Data해석 및 계산을 통해서 얼마나 큰 영향을 미치는지 알 수 있었다. 실험의 결과 값은 만족스럽지는 못하지만 반응속도는 온도에 대한 상수로 온도가 증가함에 따라 그 값이 증가한다는 경향을 알 수 있었고 속도상수를 구하기 위해 사용되는 수치해석적인 미분법과 적분법에 대해서 알 수 있었다.
8. 참고문헌
두산 백과
네이버 백과사전
2012년 실험자료( 추가 실험사진 )
화학공정실험 / 부산대학교 화학공학과
Chemical Reaction Engineering 4nd ed, H, Scott Fogler
www.chemmate.com (유효 충돌횟수 이미지, 반응차수 그래프)

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