증기압-동력학적방법

목차

I. 서 론

II. 실 험


실험장치 :

실험과정 :
그림 4.1은 동역학적 증기압 측정 장치를 보여주고 있다. 일반적으로 power state로 전력이 공급되는 heating mantle를 사용하여 액체의 온도를 변화시킨다

III. 데이터 분석

참고문헌

본문내용

. 위의 식에서 증발열이 온도와 무관하다고 가정하고 적분하면 다음과 같은 식이 된다.
ln ``p ~=~ - {Delta {bar H}_v } over {R`T } ~+~ I
(2)
여기서 I는 적분상수이다. 다음과 같이 주어지는 임의의 두 온도에서의 증기압의 관계로부터
ln `` p_2 over p_1 ~=~ {Delta {bar H}_v } over {R} left(1 over T_1 ``-`` 1over T_2 right)
(3)
증발 엔탈피를 구할 수 있다. 식 (2)는 증기압의 ln 값을 절대온도의 역수에 대하여 도시하는데 사용된다. 증발 엔탈피는 편차가 가장 적은 선의 기울기로부터 계산할 수 있다.
본 실험에서는 대략 300 - 760 mmHg의 압력범위에서 동역학적 방법(dynamic method)에 의해 액체의 증발 압력을 측정하고, 이 결과로부터 평균 증발 엔탈피를 계산하고자 한다. 이 실험에서 우리는 임의의 압력에서 끓는점을 결정함으로서 액체의 증기압을 측정할 수 있다. 이와 같이 제한된 압력 하에서 액체의 끓는점을 측정하는 과정은 동역학적 방법이 된다. 이와는 달리, 임의로 선택된 온도에서 증기압을 측정하는 것을 정류법(static method)라 한다.
II. 실 험
실험장치 :
Vapor-pressure apparatus (Figure 4-1)
Thermometer(0.1。간격의 0 - 100。측정 가능한 것.)
Heating mantle and Powerstat
Aspirator or Vacuum pump
Boiling stone
실험과정 :
그림 4.1은 동역학적 증기압 측정 장치를 보여주고 있다. 일반적으로 power state로 전력이 공급되는 heating mantle를 사용하여 액체의 온도를 변화시킨다. 가열에 따른 급격한 끓음 현상을 방지하기 위하여 액체가 담겨있는 플라스크 안에 끓밈쪽(boiling stone)을 넣는다. 급격한 압력 변화를 방지하기 위하여 안전장치로써 완충용기(Ballast bottle)가 설치되었다. 그림 4.1처럼 온도기의 밑 부분을 용액에 담그는 것에 주의하라. 특정압력에서 liquid의 실제 끓는점이 되는 온도를 읽기 위해서 꼭 필요하다. 과열을 막는 것에 주의하라.
시스템 안의 전체압력(액체의 증기압력으로 생기는)은 수은 압력계의 두 arm의 수은 높이의 차이를 읽어서 이 차이와 대기압을 조합함으로써 얻어진다. 용기 안의 압력이 기압계의 압력보다 훨씬 크다면 수은 계의 차이에다 기압계의 압력을 더 해야 한다. 이에 반해서 용기 안의 압력이 훨씬 작다면 수은 계의 차이를 기압계의 압력에서 빼야한다. 용기 안의 압력은 water aspirator 혹은 그림 4.1의 B에 연결된 Hyvac pump에 의해서 대기업 보다 낮게 떨어진다.
① 선택된 용액을 약 6.4 cm 깊이로 플라스크 용기 안에 넣는다. 끓밈쪽(boiling stone)을 넣는다.
② 온도계를 설치하고 마개로 막는다.
③ 콘덴서에 물을 흘러 보낸다.
④ Water aspirator나 Hyvac pump를 사용하여 용기 안의 압력을 400 mmHg까지 떨어뜨린다.
⑤ 스톱 콕 A를 막고 액체가 안정하게 끓을 때까지 가열한다.
⑥ 실온 및 용액의 온도, 수은압력계의 두 개의 수은높이, 기압계의 압력 등을 기록한다.
⑦ (천천히 그리고 주의해서) 스톱 콕 A를 열면 약 3 cm정도 압력이 증가한다.
⑧ 끓는점을 다시 결정하라.
⑨ 3 cm 증가 후에도 압력이 계속 증가하면 각각의 압력에 따른 끓는점을 측정하라.
⑩ 대기압 보다 높은 압력에서 끓는점을 선택할 때는 고압에 의한 폭발을 방지하기 위하여 철사를 사용하여 온도계와 마개를 용기에 감고, 내부압력이 1300 mmHg이 될 때까지 hand pump를 사용하여 압력을 증가시켜라. 약 3 cm 씩 압력을 감소시키면서 그 압력에서의 끓는점을 측정하여라.
⑪ 수은주의 상당 부분이 플라스크 외부에 노출되기 때문에 이로부터 온도에 오차가 발생한다. 따라서, 측정한 모든 온도에 대해서 다음과 같은 관 보정(stem correction)을 해야한다.
TRIANGLE t ~=~ 0.00016``l``(t~-~t`')
(4)
여기서, l은 외부에 노출된 수은주의 길이, t는 온도계의 온도이고, t'는 실온이다. 따라서 용액의 온도는
t~+~ TRIANGLE t
이다.
그림 2.1 동력학적 증기압 장치.
III. 데이터 분석
① 적절한 표를 만들어 실험 data들을 기록한다. 표에는 증기압력의 대수 값 및 절대온도의 역수 값들도 포함하여야한다. 또한, 온도의 관 보정 항도 포함해야한다.
② 실험실에 비치된 압력기압계에 대한 사항들을 읽어보고, 정밀한 증기압과 온도의 관계를 위하여 이에 대한 수정이 필요시 되는지 확인하여라.
③ 온도에 대해 측정된 증기압을 그래프 용지에 도시하여라. 이것은 액체에 대한 증기압의 곡선이다. 핸드북으로부터 증기압-온도 값들을 동일한 그래프에 표시하라.
④ 증기압의 대수 값을 절대온도의 역수에 대하여 그래프 용지에 도시하여라. 즉, (ln p) 대 (1000/T) 그래프를 만들어라. 핸드 북 값들도 동일한 방법으로 동일한 용지에 도시하여라.
⑤ (ln p) 대 (1000/T) 그래프에서 최적의 직선을 그리고, 이의 기울기를 식 (2)에 연관시켜 몰랄 증기 엔탈피,
Delta { bar H}_v
를 구하여라. 적절한 통계적 방법(Excell, Origin 등 computer program)을 사용하여
Delta { bar H}_v
를 구하여라.
⑥ 실험에 사용한 도구들의 정밀도는 얼마인가? 기울기로부터 얻어진 증발열에서 의미 있는 값들은 얼마나 되는가?
참고문헌
1. H. D. Crockford, H. W. Baird, J. W. Nowell and F. W. Getzen, Laboratory Manual of Physical Chemistry, Second Edition, Chapter 4.
2. P. W. Atkins, Physical Chemistry, Sixth Edition, Oxford University Press, Oxford, Chapter 6, 1998.

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