화학실험 -물의 증기압과 증발열

소개글

화학실험 -물의 증기압과 증발열에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실 험 목 적
실 험 이 론
실험 기구 및 시약
실 험 방 법
주 의 사 항
실험 결과 및 분석
토 의 사 항
참 고 자 료
참 고 문 헌

본문내용

기체를 말한다. 그렇지 않은 기체는 실제기체라 하는데 우리 주변의 실존하는 기체를 말한다.
셋째 『액체의 몰부피는 증기의 몰부피에 비교해 무시할 수 있다』
넷째는 『증발열은 온도에 무관하다』
액체의 증기 압력은 분자 간 인력과 온도에 의존한다. 분자 간 인력이 작을수록 느슨하게 묶여있는 분자들이 쉽게 떨어져 나갈 수 있기 때문에 증기 압력은 커지고, 온도가 높을수록 큰 운동 에너지를 갖는 분자의 수가 증가하여 액체 상태의 분자가 분자 간 인력을 극복하기 쉬워 증기 압력이 커지게 된다.
.이번 실험은 간단하고도 쉬운 실험인데, 다만 시간이 조금 오래걸리면서 부피 변화를 알아보는 실험이라 부피가 줄어들때마다 그에 해당하는 열량을 측정하는거라 계산만 쉽게 하면 금방 해결되는 것이다.
증류수를 끓이면 천천히 온도가 오르는데 눈금실린더를 유심히 살펴보면 실린더 안의 공기의 부피가 점점 늘어나는 것을 볼 수 있다.
이는 온도가 높아질수록 좀 더 많은 수의 분자들이 분자 간 인력을 극복하고 증발할 수 있으므로 증기압이 증가하게 되는 것이다. 비커 안의 증류수가 많기 때문에 증류수가 고르게 가열되도록 유리막대로 가끔 저어 주면 더 좋겠다.
압력보정
5℃간격으로 실린더 내부의 공기의 부피를 측정하고 이때 주의해야 할 점은 부피 측정 시 눈금실린더의 물높이와 비커 내부의 물 높이가 같아야 한다는 것이다.
예를 들어 내부의 물 높이가 더 낮다거나 더 높다면 두 상태의 조건이 다르기 때문에 실험은 부정확하게 된다.
부피 값은 종전처럼 가운데 움푹 들어간 부분을 읽되 보정을 해주어야한다.
만약 실험기기가 10ml이하일 때는 전량의 1/50을 곱해주면 되고, 50ml이하일 때는 전량의 1/100, 50ml이상일 때는 전량의 1/200을 곱해주면 되겠다. 이를 또한 부피 보정이라 한다.
그렇기에 우리는 측정값에 0.2를 빼주면 되겠다. 이리하여 50℃까지 측정을 하고 3L비커 주위를 차게 냉각시켜준다. 그리하여 5℃이하로 내려가면 그때 한번 더 부피를 측정하면 되겠다.
굳이 5℃이하에서 측정하는 이유는 물은 0℃에서는 얼기 때문에 0℃에서는 할 수가 없고, 5℃에서는 증발되는 수증기가 거의 없기 때문에 대기압과 증기압이 같다는 지점을 5℃로 보고 5℃이하에서 하는 것이다.
결론 도출
위에 결과 그래프를 보자면 다 비슷하게 나오긴했는데 1차때 측정한게 가장 문헌치와 가깝게 나온 것을 알수 있다.
이것은 우리가 온도를 내리면서 급하게 내렸거나 무작정 내릴의도에서 아무런 준비없이 하다보니 문헌치와 비교해서 잘 못나왔다고 볼 수 있다.
이번실험의 증기압을 계산하는데 필요한 값중 대기압을 알아야 하는데, 문헌치에서 사용한 대기압이 얼마인지는 모르겠으나, 우리가 사용한 대기압과 다른 경우
온도의 급격한 변화 즉 많은 얼음으로 비커를 감싸 강제로 내렸기에 오차가 난 경우
얼음을 넣고 부피를 맞추어 주기 위해 물을 빼면서 비커에 있는 물의 부피가 균일 해야 했으나 균일하지 못한 경우
또한 물의 부피가 줄어 들어 매스실린더 안의 물의 높이와 비커의 물의 높이가 균일하지 못한 경우
물의 높이를 맞추어 줄려 하였으나 물의 높이가 맞지 않은 경우
비교적 문헌치보다는 높은 증기압이 계산 되었으나 비슷한 기울기를 볼 수 있었으므로 이런 생각을 하게 되었다.
참고 자료
이상기체의 특성
기체의 온도를 1℃ 높이면 (압력 일정유지상태) 부피 만큼 증가 (0℃일 때의 부피 → )
-273.15℃일 때에 기체의 부피는 0이 된다
온도를 낮추면 부피는 감소하다가 -273.15℃가되면 기체 부피는 0
이상기체
분자간 힘이 작용하지 않는 상태
기체의 상태를 표현할 때 최소 3개의 변수(온도, 압력, 부피)가 필요함.
온도의 단위 : ℃, K, ℉, R
압력의 단위 : Pa(N/m2), mmHg(Torr), bar, atm
부피의 단위 : m3, l
기체상수(R)
8.314J/Kmol1.98722cal/Kmol0.83143L/Kmol
0.0820667latm/Kmol8.314Nm/Kmol8.31541m3Pa/Kmol
8.314J/deg mol62.32Ltorr/Kmol
실제기체
분자간 상호작용이 존재하는 기체
높은 온도와 낮은 압력에서는 실제기체를 이상기체로 볼 수 있다.
Van der Waals 방정식
이상기체는 분자자체의 부피, 분자간 인력을 무시했으므로 이상 기체 상태 방정식이 실 제기체에는 잘 맞지 않으므로(실제기체는 이상기체보다 부피증가 압력 감소된 상태이므로)
실제기체의 행동에 잘 맞는 상태방정식
a, b : Van der Waals 상수. 기체마다 고유한 값, n 입자 몰수
: 실제 기체는 분자간 인력이 있으므로 압력 감소됨을 보정한 식
(V-nb) : 실제기체는 부피가 있으므로 이상기체보다 부피 증가분을 보정한 식
구 분
부 피
질 량
분자간 힘
저온.고압
-273℃
상태방정식
실제기체
있 음
있 음
있 음
액체와 고체
고 체
대략적용
이상기체
0K에서 없음
있 음
없 음
기 체
부피=0
정확히적용
Van der Waals 방정식과 이상기체 방정식의 차이점
기체 분자들이 부피가 없고 분자들간에 인력이 작용하지 않는다고 가정 할 수 있을 때만 이상기체 법칙을 기체운동이론에서 유도 할 수 있는데 이 두 가정이 모두 맞지 않다고 하면서 반데르 발스가 1881년에 이 법칙에 크기와 인력을 나타내는 2개의 변수를 도입하여 더 정밀한 식을 만들어 낸 것이 Van der Waals 방정식이다.
참고 문헌
물리화학실험, 이익춘외, 탐구당, 1999년 출간
물리화학실험, 이문득 저, 자유아카데미
물리화학 Gordon M. Barrow 5th Edition, 김양 외 10명 저, 자유아카데미
물리화학 R. Alberty and F. Daniels, 탐구당
정량분석화학, 고완석 외 5명, 동화출판
최신일반화학, 화학교재편찬회, 탐구당, p1092～1093
Lange′s Handbook of chamistry, John A, Dear., McGraw-Hill Inc., p5-28～5-29
CRC Handbook 6-3,『증기압 문헌치』
http://goawaken.x-y.net/lab/state/gas01.htm, 『이상기체 상태방정식』

키워드

증기압과 증발열,   • 물의 온도 변화,   • 증기압과 증발열을 측정