순수한 액체의 증기압 실험 레포트

소개글

순수한 액체의 증기압 실험 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차


1. 서론
1.1 정의------------------------------------------------------------
1.2 실험목적 및 방법---------------------------------------------

2.이론
2.1 액체의 증기압----------------------------------------------------
2.2 증기압 측정방법---------------------------------------------
2.3 증기압 방정식-----------------------------------------------
2.4 증발열-----------------------------------------------------------
2.5 Clapyeron식------------------------------------------------------
2.6 Clausius-clapeyron식---------------------------------------
2.7 최소자승법-------------------------------------------------------
2.8 유효숫자--------------------------------------------------------
2.9 클라지우스((Rudolf Julius Emanuel Clausius 1822~1888)-------

3. 실험
3.1 실험재료--------------------------------------------------------
3.2 실험장치--------------------------------------------------------
3.3 장치 설명 및 사용시 유의점---------------------------------

4. 실험절차
4.1 실험방법--------------------------------------------------------
4.2 다른 실험방법----------------------------------------------------

5. 결과
5.1 실험결과--------------------------------------------------------
5.2 계산-----------------------------------------------------------

6. 결론-------------------------------------------------

7. 주의사항----------------------------------------------

8. 고찰-------------------------------------------------

9. 사용식과 부호
9.1 사용식----------------------------------------------------------
9.2 사용부호--------------------------------------------------------

10. 참고문헌---------------------------------------------

본문내용

만일 과냉이 일어나지 않는다면 그 범위 내에서 가장 낮은 온도가 액체의 빙점이 된다. 비점의 의의에서 보면 앞에서 말한바와 같이 비점에 주는 압력의 영향을 같은 모양의 곡선으로써 나타낼 수 있다.
온도에 따르는 증기압의 변화는 처음에 클라페이론(1834)에 의하여 열역학적 방법으로 유도되고 후에 클라우지우스(1850)에 의하여 발전된 식에 넣어 생각하는 것이 제일 좋다. 이와 같은 목적으로써 클라페이론의 방정식(Cyapeyron equation)을 쓰면 다음과 같다.
= = (2.1)
여기서 dp/dT는 온도에 따르는 증기압의 변화율을 말하는데 이것은 온도에 대한 증기압 곡선이다.
Lv는 액체의 몰 증발열이고 Vv와 Vl은 증기와 액체의 몰 용적이므로 절대온도 T에서는 dp/dt는 정하여져 버린다. 분자량을 M라 하고 액체 1그람에 대한 증발열을 lv라고 하면 몰 증발열 Lv는 M×lv 이다. 그리고 몰 용적 Vv와 Vl은 증기와 액체 각 그림의 용적 vv와 vl에 분자량 M을 곱한 값과 같다. 따라서 식(2.1)은 다음과 같이 쓰여진다.
= (2.2)
클라페이론의 방정식은 여러 가지의 관련성이 있다는 것에 중요성이 있는 것이다. 예를 들면 온도에 따르는 증기압의 변화율을 알면 그 온도 때의 액체의 증발열을 계산할 수 있다. 반대로 잠열(증발열)을 알면 온도에 따르는 증기압의 변화율 다시 말하면 압력에 따르는 비점의 변화를 계산할 수 있는 것이다.
이 실험에서는 액체의 증기압을 여러 가지 온도에서 측정한다. 증발열을 Clausius - Clapeyron 식을 이용하여 계산한다.
온도가 올라가면 많은 분자들이 충분한 에너지를 얻어 액체 표면으로부터 이탈함으로 액체의 증기압은 증가한다. 증기압이 액체의 외압과 같을 때 액체는 끓는다. 증기압이 760㎜Hg일 때의 온도가 표준 끓는점이다.
Clapeyron 방정식에 의하면 액체의 증기압의 온도계수는 다음과 같이 주어진다.
= (2.3)
ΔHVAP : 온도 T에서의 증발 엔탈피
Vv, Vt : 증기 및 액체의 몰부피
2.6 Clausius - Clapeyron 식
ln P = - + constant (3.1)
은 다음 세 가정에 의하여 식 (2.3)에서 유도된다.
(a) 1몰의 액체의 부피는 포화압에서는 1몰의 증기의 부피에 비하여
무시될 수 있다.
(b) 증기는 이상기체로 행동한다.
(c) 증발엔탈피는 온도에 무관하다.
식(2)로 실험자료를 쉽게 해석할 수 있지만, 이 식으로 계산된 ΔHVAP의 값은 직접 열용계로 측정된 갑과는 상당한 차이가 있다. 더욱 정확한 값은 다음과 같이 유도된 보다 정확한 식을 써서 구할 수 있다.
Clapeyron 식의 부피요소는 다음과 같이 쓸 수 있는데
Vv - Vt = Vv(1-) = (3.2)
여기의 Z는 증기의 압축률인자이다. 우변은 Clapeyron 식으로 유도되고 다음과 같이 변경된다.
= - (3.3)
또는
ln P = - + constant (3.4)
이 식은 완전식이나. 온도의 함수인 세 항, 즉 ΔHVAP, Z 및 (1-Vt/Vv)을 가지고 있다. 실험하려는 화합물의 P-V-T 자료를 가지고 있다면, 증발열은 식 (5)을 이용하여 lnP 대 1/T 곡선의 기울기로부터 계산된다. P-V-T 자료가 없더라도 임계상수만을 알고 있다면 Berthelot 식을 이용하여 상당히 정확한 양을 알 수 있다.
2.7 최소자승법
보간법에서는 자료점으로 주어진 값에오차가 없다는 가정하에서 모든 자료점을 지나는 보간 다항식을 구했다. 하지만 각각의 측정자료에 오차를 포함하고 있다면 측정 자료를 가장 잘 대표하는 함수를 구하는 것이 더욱 효과적이다.
만일 이 경우에도 측정 자료점을 모두 통과하는 함수를 찾으려하면 있어서는 안될 진동이 들어오게 된다.
측정한 실험자료로 그 자료 값들을 가장 잘 대표할 수 있는 함수를 구하는 방법 중 하나인 최소 자승법에 대해 설명하겠다.
에서 함수치가 주어져있고 를 함수에 대한 근사함수라 하면, 이때 근사함수와 함수는 의 차이를 갖게 되는데 최소 자승법은 이들 차이의 제곱의 합,
(4.1)
을 최소가 되게 하는 근사함수를 구하는 방법이다.
만약 주어진 함수치 의 정확도가 서로 다를 때에 최소 자승법은
(4.2)
와 같이 에 가중인자 을 곱하여 계산한 을 최소가 되게 하는 를 찾는 문제로 수정할 수 있는데 이를 가중 최소 자승법이라 한다.
(4.3)
최소 자승법은 가 구간 에서 정의된 연속함수일 경우에도 확대 적용할 수 있다. 이 경우 최소 자승법은
를 최소되게 하는 를 구하는 문제이며, 여기서 는 구간 에서 인 가중함수이다. 대부분의 경우 취한다.
2.8 유효숫자
유효숫자(significant figure) 의 개수는 측정된 또는 계산된 양을 표현하기 위해 사용된 숫자의 개수로, 첫 번째로 0이 아닌 숫자의 앞에 놓인 0은 제외한다. 염화나트륨 시료의 질량이 8.241g 으로 측정 되었고 불확실성은 0.001g으로 평가된다고 가정하자. 시료의 질량은 4개의 유효숫자를 갖는다고 말하는데 왜냐하면 처음의 세 숫자 (8, 2, 4)는 확실하고 네 번째 숫자 1에는 불확실성이 있지만 그래도 여전히 의미가 있다. 그렇지만 1다음에 추가로 더 숫자를 적는 것은 질량의 정확성을 향상시키지 않는다면 의미가 없다. 부피가 22.4ℓ로 기록될 때, 측정에서의 불확실성은 마지막 숫자에 있다. 예를 들면 V=(22.40.3)ℓ와 같은 신뢰한계의 의미를 지닌다. 반면에 22.43ℓ로 쓰여진 부피는 불확실성이 훨씬 작음을 암시하고 불확실성은 네 번째 유효숫자에서 나타난다.
같은 방식으로 20.000m로 적은 것은 20.0m로 적는 것과 매우 다르다. 세 개의 유효숫자를 갖는 두 번째의 측정값은 보통 미터자로 쉽게 얻을 수 있다. 다섯 개의 유효숫자를 갖는 첫 번째 측정값은 더욱 정밀한 방법을 필요로 한다. 그렇지만 결과 보고를 “700m”와 같이 하는 것을 피하도록 한다. 왜냐하면 뒤에 오는 두 개의 0이 유효할 수도 있고 유효하지 않을 수도 있기 때문이다. 위의 값에서 불확실성은 1m 또는 10m 또는 100m일 수도 있다. 더 이상의 정보가 없이 불확실성을

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