수용액에서 활성탄에 의한 유기산의 흡착

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수용액에서 활성탄에 의한 유기산의 흡착에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

지이다. 하지만 실험결과를 계산하는 과정에서 매우
근소한 차이일지라도 결과에 많은 차이를 보인다. 적정한 부피의 0.1㎖차
이는 계산과정에서 큰 오차를 나타내고 따라서 매우 작은 값을 읽을 수
있는 것이 필요하다.
→ Langmuir 흡착등온식의 가정 : 연구과제2.에서 보듯이 Langmuir식은
몇몇 가정( 1. 흡착자리가 균일하고 흡착질의 각 자리의 흡착확률은 동일
하다. 2. 각 자리에 1개의 흡착질 분자 외에는 흡착이 되지 않는다. 3. 흡
착질끼리의 상호작용은 하지 않는다.)들을 기반으로 한 것인데 이 가정은
실제로 적용하기가 어렵다. 대부분의 고체표면은 균일하지 않은데, 이는
서로 다른 결합장소를 제공한다. 또한 표면이 균일하지 못하면 표면이 많
이 덮여감에 따라 결합에너지가 감소한다. 따라서 가정에 근거한 이 등온
식을 실제 실험에 적용을 함으로써 오차가 발생한 것이라 생각된다.
※결론 ; 흡착은 고체의 표면현상이라 볼 수 있고 Langmuir등온 흡착식을 이용하여 흡착된 용액의 몰수와 그 평형상수를 구할 수 있다. 그리고 온도가 증가함에 따라 흡착량과 평형상수는 감소하고, 일정 온도 하에서는 용액의 농도가 증가할수록 흡착량은 증가한다. 또한 이 흡착실험은 발열과정(자발적)임을 알 수 있다.
7. 연구과제
(1)흡착에 대해 설명하여라.
고체 표면에 기체나 액체 알갱이들이 붙는 현상을 흡착이라고 한다. 고체
표면에 있는 원자나 분자들은 인력을 가지고 있으므로 고체표면에 흡착이
일어나게 된다. 분자나 원자들은 두 가지 방식(물리흡착, 화학흡착)으로 표
면에 흡착된다.
《물리 흡착》
물리 흡착이 생기게 되는 힘은 기체가 응축하여 액체가 생기도록 하는 힘과 같
은 것으로 보통 van der walls힘(또는 dispersive force, london force)이라고 한
다. 물리 흡착 과정에서 발생되는 열량은 기체가 응축하는 과정에서 발생되는
열량과 같은 정도이며, 흡착된 양은 여러 분자 층에 해당할 수도 있다. 물리 흡
착은 기체의 압력이나 용질의 농도를 낮추면 곧 역반응으로 진행하고 물리 흡착
의 정도는 고온에서 더 작다.
《화학 흡착》
화학 흡착은 화학결합이 생성되는 것이다. 따라서 화학 흡착은 물리 흡착보다
더 선택적이지만 이 두 종류의 흡착을 명확하게 구별하기가 불가능한 경우들도
있다. 일반적으로 화학 흡착에 있어서 엔탈피의 변화는 40～200kJ/mol 정도인
물리 흡착에서보다 훨씬 크다. 대부분 흡착제의 표면은 일정하지 않으며, 표면의
원자나 분자의 배열 차이 때문에 흡착에너지는 상당히 다르다.
물 리 흡 착
화 학 흡 착
흡착엔탈피는 약 40kJ/mol 보다 작다.
화학엔탈피는 약 80kJ/mol 보다 크다.
흡착은 흡착질의 끓는 점 이하의
온도에서만 상당히 일어난다.(응축)
흡착은 높은 온도에서 일어날 수
있다. (반응 : 결합)
흡착량의 증가율은 흡착질의 압력의
증가율과 더불어 증가한다.
흡착량의 증가율은 흡착질의 압력의
증가율과 더불어 감소한다.
표면위의 흡착량은 흡착제보다는
흡착질에 더 함수적이다.
흡착량은 흡착질과 흡착제 모두의
특성이다.
흡착과정에서 활성화에너지가 없다.
흡착과정에서 활성화에너지가 있을
수 있다.
다분자 흡착이 일어난다.
흡착은 많아야 단분자층을 형성한다.
(2)Langmuir등온 흡착식에 대해 설명하여라.
표면의 분자와 기체상 속의 분자 사이에는 동적 평형이 이루어지며
따라서 표면 덮임율(θ)은 계의 압력에 의존한다.
한 정해진 온도에서 θ의 압력 의존 관계를 나타낸 것을
흡착 등온식이라고 부른다.
Langmuir등온식은 다음과 같은 가정에 입각하여 얻어진 것이다.
1. 흡착자리가 균일하고 흡착질의 각 자리의 흡착확률은 동일하다.
2. 각 자리에 1개의 흡착질 분자 외에는 흡착이 되지 않는다.
3. 흡착질끼리의 상호작용은 하지 않는다.
이때는 의 동적 평형이 이루어지며, 흡착
과 탈착의 속도 상수는 각각 와 로 나타낸다. 표면상의 전체 자릿수를
N이라고 할 경우 빈 자릿수는 N(1-θ)가 되는데 표면 덮임율의 변화 속도는 A
의 부분압력p와 이 빈 자릿수에 비례할 것이다.
즉,
한편 탈착에 기인하는 θ의 변화율은 흡착종의 수 Nθ에 비례한다.
평형에서는 이 두 속도가 같으며 그리하여 θ에 관해서 풀면 다음과
같은 Langmuir등온식을 얻을 수 있다.
, 여기서
(3)흡착평형상수와 온도와의 관계를 설명하고 흡착열을 구하여라.
실험결과에서 온도와 흡착평형상수의 관계를 보자.
온도(T)
30℃(303.15K)
50℃(323.15K)
흡착평형상수(K)
0.5434
0.4334
두 값에서 온도가 증가하면 흡착평형상수는 감소함을 알 수 있다.
온도가 변하면 상이한 등온 곡선(따라서 상이한 K의 값)이 나오며, K의
온도 의존도를 이용하면 등량 흡착 엔탈피(한 특정한 덮임율에서의 표준
흡착 엔탈피) 를 구할 수 있다. 즉 이 K는 평형 상수이므로 다음의
van't Hoff식을 작용시켜서 구한다.
위 식은 평형상수와 온도와의 관계를 잘 나타내고 있다. 흡착은 발열과정
이다. 따라서는 (-)값을 가지고, 온도가 증가할수록 평형상수는 감
소하게 된다. 위 식을 적분하여 이 실험의 흡착열을 구해보자.
van't Hoff식을 상태1(30℃)에서 상태2(50℃)까지 적분하면 다음과 같다.
(4)Catalyst의 정의
촉매(catalyst)란 반응속도에는 영향을 주지만 자신은 변화하지 않는
물질이다.
1. 대부분의 촉매는 반응 속도를 증가시킨다.
2. 반응의 direction을 조절하여 selectivity를 향상 시킨다.
3. 촉매의 consumption이 거의 일어나지 않는다.
4. 촉매는 반응 속도에만 관여할뿐 equilibrium을 깨뜨리지 않는다.
▶ homogeneous catalyst
1. batch reactor에만 이용
2. one phase
3. selectivity가 좋다.
4. 촉매가 분자 단위로 반응하므로 reactivity가 좋다.
▶ heterogeneous catalyst
1. 연속공정 가능
2. phase ≥ 2
3. 분리 정제가 쉽다.

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수용액,   활성탄,   유기산,   유기,   흡착,   공학,   물리,   실험