기액평형 및 환원반응

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기액평형 및 환원반응에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험기구 및 장치

4. 실험순서

5. 실험 원리(환원반응)
1) 환원 반응의 Mechanism
2) TLC의 원리 및 응용
3) Column Chromatography의 응용
4) 그 외 유기화학 실험의 방법 및 장치

6. 실험 원리(기액평형)
1) 상평형에 대해서
2) 단증류의 원리(단이론)에 대해서
3) 휘발도에 대해서

본문내용

정의 = μj(l)* + RT lnxj
* μj(l)*는 이상적 묽은 용액에서 용질의 증기압을 용질성분이 순수한 농도까지 연장할 때 가상적인 증기압에 해당되는 화학퍼텐샬임
7. 용액의 끓는점 오름과 어는점 내림
* 끓는점 오름
μA(g)o = μA(l)o + RTb lnxA
----> lnxA = (μA(g)o - μA(l)o)/RTb = △GAo/RTb = △HAo/RTb - △SAo/R
순수한 용매성분의 증발자유에너지, 엔탈피, 엔트로피
순수한 용매의 끓는점을 Tbo라 하면 이 때의 xB = 1이 된다.
ln 1.0 = △HAo/RTbo - △SAo/R
두식을 빼면
ln xA = △HAo/R (1/Tb - 1/Tbo)
여기에서
ln xA = ln (1-xB) = -xB - 1/2 xB2 - …
xB≪1 에서 ln xA = -xB 이므로
xB = △HAo/R (1/Tbo - 1/Tb)
끓는점 오름 △Tb = Tb - Tbo 로 표현 ; (1/Tbo - 1/Tb) = △Tb/(Tbo)2
∴ △Tb = (RTbo2/△HAo)xB
묽은 용액일 때 xB≪1 ---> xB = nB/nA = mBM (용매 nA = M/1000)
몰랄농도 그람몰질량
△Tb = (RTbo2M/△HAo)mB = KbmB
Kb는 용매의 성질만 포함한다 ; 끓는점 오름 상수
* 어는점 내림 : 고체와 액체의 평형
△Tf = (RTfo2M/△HAo)mB = KfmB
어는점, 몰용융엔탈피, 어는점 내림 상수
2) 단증류의 원리(단이론)에 대해서
일정량의 혼합물을 증류기에 넣고, 열을 가해 비등시켜 발생하는 증기를 응축기로 냉각시켜 유출액을 얻는 증류방법을 단증류(simple distillation), 또는 미분증류(differential distillation)라 한다.
이 때 혼합물 중의 휘발성 물질이 증발함에 따라 증류기에 남아 있는 용액의 양과 조성은 계속 변화하는데 이론적으로는 이들 관계를 다음과 같이 구할 수 있다.
단증류를 시작한 후의 어떤 순간에 증류기 내의 액량을 W[kg-mol], 저비점 성분의 몰분율을 x라 하면 증류기 내에는 (W)(x)의 저비점 성분이 있게 된다. 이 때 액과 평형상태에 있는 증기 중의 저비점 성분의 물분율을 y라고 하자. dW 만큼 증류되었다고 하면 유출액 중의 저비점 성분의 양은 (y)(dW)이며, 증류기 내에 남은 액량은 (W - dW) [kg-mol]이며, 이것의 몰분율은 (x - dx)가 되므로 증류기 내에 남은 저비점 성분의 양은 (W - dW) (x - dx) [kg-mol]이된다. 따라서 총괄 물질수지식은 식 (1)과 같다.
(W) (x) = (y)(dW) + (W - dW) (x - dx) (1)
식 (1)에서 2차 미분항을 무시하고 정리하면 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
(2)
최초의 증발기내 액량 W1으로부터 단증류 후의 증발기내 액량 W2, 이에 따른 액의 조성변화 x1으로부터 x2까지 적분하면 식 (3)과 같다
(3)
식 (3)을 Rayleigh 식이라 한다.
여기서 원료에 대한 유출액량의 비를 유출률 β라 하면 식 (4)와 같이 정의된다.
(4)
따라서, 식 (3)을 식 (5)와 같이 나타낼 수 있다.
(5)
여기서, y는 플라스크 내에서 증기가 조금도 분축을 일키지 않는다고 생각하면 x와 평행한 증기조성에 있으므로 우변의 적분항은 x-y곡선이 알려져 있으면 도식적분에 의해서 다음과 같이 계산된다.
먼저 2성분계의 평형곡선을 그리고 이것으로 x와 1/(y - x)의 관계를 그린다. 그 다음 1/(y - x) 곡선과 x 축과의 사이의 면적을 구해 x에 대응하는 의 값을 구한다.그림 1 에 나타낸 빗금친 부분의 면적 S는 식 (6)에서 얻어진다.
(2)
여기에서 x대 의 선도를 그리고, 이들의 모양은 그림 2 에 표시하였다.
식 (3) 및 (6)에 의해 W1, x1, x2가 구해지면 식 (7)에서 W2가 구해진다.
In W2 = In W1 - I1 + I2 (7)
또 W1, x2, W2가 구해지면 식 (8)에서 I2가 구해진다.
I2 = - In (W1/W2) + I1 (8)
여기서, I2를 구해 x대 I곡선에 의해 x2가 결정된다.
다음에 유출량을 D[kg], 유출액의 평균조성을 xDav[wt%]라 하면 물질수지식은 식 (9)와 같이 된다.
W1 - W2 = D (9)
W1x1 -W2x2 = DxDav (10)
식 (10)에서 평균조성은 (11)식과 같이 된다.
xDav =(W1x1 - W2x2) / (W1 - W2) (11)
그리고 Raoult's law가 성립하는 2성분계, 즉 식 (12)가 성립하는 계라면 식 (12)를 식 (5)에 대입하여 적분하면 식 (13)과 같이 된다.
(12)
(13)
비휘발도(α)와 유출률과의 관계는 식 (14)와 같이 나타낼 수 있다.
(14)
x-y곡선을 알면 식 (5), (13)에서 β, x1, x2의 관계를 구할 수 있고, 역으로 β, x1, x2의 관계가 실측되면 식 (14)에 의해 임의의 x에 대해서는 α를 구할 수 있다.
3) 휘발도에 대해서
휘발도란 액체의 휘발 또는 증발의 난이를 나타내는 척도로서 순물질에서는 증기압과 동일한데 용액중의 성분에서는 P/X를 그 성분의 휘발도라고 한다.
(단, X는 그 성분의 몰분율, P는 그 용액과 평형에 있는 기상 중에서 그 성분의 분압).
따라서 압력 저하와 온도 상승이 휘발도를 높이게 된다.
[ 참고문헌 ]
1. 크로마토그래피 이대운 民音社 p14~p32
2. 유기화학실험 Charles F.Wilcox,Jr. Mary F.Wilcox Presnticehall p399~p400
3. 유기화학 진명종 자유아카데미 p177~p186
4. 물리화학 Robert A. Alberty / Robert J.Silbey 사이텍미디어 p198~p254
5. 최신분석화학 최재성외 3명 편저 東和伎術 p511~p549
6. http://www.chem.pusan.ac.kr/organic/
7. http://user.chollian.net/~hl5nol/thin.htm
8. http://user.chollian.net/~hl5nol/thin.htm#thin-b

키워드

기액평형,   산화환원반응,   TLC,   상평형,   단이론,   휘발도