유기산의 흡착에 관한 보고서

목차

1. 목적

2. 이론

3. 기구및 시약

4. 실험절차

5. 실험결과및 계산 과정

6. 토의사항

7. 참고문헌

본문내용

것과 마지막 용액을 여과해서 떠 있는 고체를 제거시킬 필요가 있다는 것이다.
실험은 그리 힘든 것은 없었고 여섯 개의 각기 다른 농도의 식초산을 정확히 만들어야 하고 방치해 두어 흡착이 잘되도록 해야한다.
흡착이란 표면이나 계면에서의 물질 농도가 내부 상의 것보다 증가한 것으로서 정의된다. 표면 자유에너지를 낮게 하는 물질은 흡착이 되며, 표면 자유에너지를 높여주는 물질은 부의 흡착이 된다. 흡착제 표면 은 고체나 액체일 수 있다. 흡착질은 기체, 액체, 또는 고체일 수가 있다.
《액체 표면위의 흡착》
액체 표면위에 퍼져서 표면 자유에너지를 감소시킬 때 불용성 층 또는 막이 생긴다. 용해된 물질의 표면 농도가 내부의 것보다 크면, 즉, 흡착되면 가용성 표면 층 또는 막이 생긴다. 가용이건 불용이건 막으로서 덮였을 때 액체의 표면장력 감소를 표면 표면압력 또는 퍼짐압력이라고 한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.
pi = gamma SUB 0 - gamma SUB s
(π=표면압력,
gamma sub ０
=액체의 표면장력,
gamma sub ｓ
=막으로덮인 액체의 표면장력)
표면압력의 측정은 다음과 같은 이상기체 법칙과 유사한 이차원 식을 써서 불용성 물질의 분자량, 분자길이, 분자단면적을 알아내는 데에 유용한다.
π = kT/σ = nRT/A = RT/A
표면압력은 표면장력을 측정하여 (1)식을 써서 얻을 수도 있고 젖는 날 방법이나 장벽 방법을 써서 직접 잴 수도 있다. 장벽 방법에서는 표면 막이 운모 장벽이나 명주실을 압박한다. 장벽의 위치를 유지하기 위하려는 크기는 같고 압향이 반대인 힘을 비틀림 저울같은 것으로써 가해야 한다. 막의 표면압력은 비틀림 저울의 다이얼에서 직접 읽을 수 있다. 이장치는 시판되고 있다.
《고체 표면위의 흡착》
고체위의 흡착은 뚜렷이 다른 두 가지 꼴이 있고 물론 중간적인 것도 많이 있다. 화학흡착은 표면과 흡착질간에 화학결합을 형성하는 것이다. 대부분은 기껏해야 한 층만이 형성된다. 왜냐하면 임이 짧은 영역에서만 작용하고 때로는 한 부분만이 활성 결합자리를 갖기 때문이다. 화학흡착열은 20 kcal/mole정도 또는 그 이상이며 표면이 덮혀감에 따라서 감소한다. 한편, 물리흡착은 훨씬 덜 선택적이며 결합형성 보다는 van der Waals인력이나 쌍극자-쌍극자 인력 등과 같은 힘에 의해서 이루어진다. 물리흡착열은 10 kcal/mole정도 또는 그 이하이다. 한 층 이상이 흡착될 수 있으며 때로는 여러층이 되기도 한다.
분자나 원자들은 두 가지 방식으로 표면에 흡착된다. 물리흡착에서는 표면과 흡착질 사이에 van der Waals상호 작용이 미친다. 이 상호 작용은 장거리성이지만 약하며 분자가 물리흡착될 때 내놓는 에너지로 흡수된 다음 열로써 발산되며 울퉁불퉁한 표면 위로 튀던 분자는 그 운동 에너지를 잃고 표면에 들러붙게 된다. 이것을 적응 과정이라고 한다. 물리 흡착에서 나오는 열은 열 용량을 미리 측정한 시료의 온도 상승을 측정해서 구할 수 있는데 대체적으로 약-20KJ/mol의 엔탈피 변화가 나타난다 이 정도의 에너지로는 결합을 끊을 수가 없으며 따라서 물리흡착에서는 분자가 그 정체를 그대로 유지한다. 그러자 표면의 영향으로 이분자가 신장되거나 굽혀질 수는 있다.
화학흡착에서는 흡착되는 분자가 표면과 화학 결합을 이루고 또 기질 분자를 최대로 배위시킬 수 있는 자리에 들러붙으려고 한다. 이때의 흡착 에너지는 물리 흡착에 비해서 대단히 크며, 그 전형적인 값은 약 -200KJ/mol정도이다. 화학흡착이 된 분자는 표면 원자의 충족되지 않은 원자가 때문에 쪽이 날 수 있으며, 표면상의 이러한 분자 토막이 바로 표면 촉매 작용의 한 원인이 되는 것이다.
표면의 분자와 기체상 속의 분자 사이에는 평형이 이루어지며 따라서 덮임 율은 계의 압력에 의존한다. 한 정해진 온도에서 θ의 압력 의존 관계를 나타낸 것을 흡착 등온식이라고 부른다. 가장 단순한 종류의 흡착 등온식을 얻으려면 우선 모든 흡착 자리가 동등하고 또 이 자리에 흡착될 분자는 이웃자리가 이미 차지되었건 비어있건 전혀 그 영향을 받지 않는다고 보아야 한다. 이때는 A(g)+M(surface)=AM의 동적 평형이 이루어지며, 흡착과 탈착의 속도상수는 각각 k와 k로 나타낸다. 표면상의 전체 자릿수를 N이라고 할 경우 빈 자릿수는 N(1-θ)가 되는데 표면 덮임율의 변화 속도는 A의 압력p와 이 빈 자릿수에 비례할 것이다. 즉,
theta sub ０ =ｋ sub ａ ＰＮ(１－ theta )
한편 탈착에 기인하는 θ의 변화율은 흡착종의 수 Nθ에 비례한다.
theta sub 0 =ｋ sub d N theta
평형에서는 이 두 속도가 같으며 그리하여 θ에 관해서 풀면 다음과 같은 Langmuir등온식을 얻을 수 있다.
theta = { k sub p} over { 1+k sub p} K= { k sub a } over {k sub d }
《등온 흡착식과 표면 단층의 상태 방정식과의 관계〉
물 표면에 대한 흡착을 고려함에 있어서 단층을 형성하는 물질의 2차원 상태 방정식을 이용하여 왔다. 고체 표면에 대한 흡착을 고려하는 경우에는 증기에 대한 θ-p등온 흡착 방정식을 이용하였다. 이와 같은 관계들은 곧 동일한 현상을 두 가지 관점에서 관찰한 것이고 Gibbs의 방정식을 이용하면 한 표현을 다른 표현으로 변환시킬 수도 있다. 과잉 표면 농도 Γ는 1/Nσ는 분자 한 개 당의 표면적이다. 표면압력 π의 미분과 표면장력 γ사이의 관계는 dπ=-dγ이다. 이 경우에 용액이 대단히 묽다고 하면 Henry의 법칙이 적용되고 dlnc=dlnp이다. 이 관계를 대입하면 Gibbs방정식은 다음과 같이 된다.
{ 1} over { N SUB sigma } = { 1d pi } over {RTd ln p }
7. 참고 문헌
(1) 물리 화학 실험, 권오천, 형설출판사(1983. 3. 1), PP 114∼116
(2) 물리 화학, P.W.ATKIS, 청문각(94. 1. 10), PP 946∼948
(3) 물리화학 및 실습, 성주경, 형설 출판사(1992. 2. 20), PP 290∼291

키워드

유기산,   흡착,   실험결과,   실리카겔,   활성탄,   흡착