[물리화학실험]Phase Diagram of Binary Solid System

소개글

11개의 시험관의 몰분율에 따른 액체-액체, 액체-고체의 변곡점 온도를 그리고 상평형을 확인 하는 실험이다.
naphthalene과 p-dichlorobenzene의 몰분율에 따른 혼합물의 온도 변화 확인하는 실험이다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론 및 원리
(1) Phase(상)
(2) Phase equilibrium(상 평형)
(3) Phase diagram
(4) Component & Gibbs phase rule
(5) Liquid-liquid phase diagram
(6) Liquid-solid phase diagram
(7) 자유도(degree of freedom)
(8) 어는점(freezing point)
(9) 과냉각(supercooling)
(10) Azeo trope
(11) 공융점(eutectic)
(12) 몰분율(mole fraction)

3. 실험 시약 및 기구

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 토의 사항

7. 참고 문헌

본문내용

(1) Phase(상)
물리학·화학 용어로, 어떤 물질이 어느 부분에서건 물리적·화학적으로 같은 성질을 나타낼 때를 표현하는 것이다. 기체상, 액체상, 고체상이 존재하고, 하나의 상으로 이루어지는 균일계와 2개 이상의 상으로 이루어지는 불균일계로 나뉜다.
어떤 물질의 어느 부분을 취해도 물리적·화학적으로 같은 성질을 나타낼 때, 그 물질은 하나의 상을 이룬다고 한다. 예를 들면, 공기는 질소·산소 및 그 밖의 기체의 혼합물이나, 혼합은 완전하고 또한 균일하므로 하나의 상을 이루고 있다. 이 경우에는 기체의 상이므로 기체상이라 한다. 식염수는 식염이 물에 녹은 것인데, 역시 균일하므로 하나의 상을 이루고 액체의 상이므로 액체상이라고 한다. 물의 결정인 얼음도 하나의 상을 이루는데, 고체의 상이므로 고체상이라고 한다. 또 상은 균일계와 불균일계로 나뉜다. 즉 하나의 상으로 이루어지는 계를 균일계, 2개 이상의 상으로 이루어지는 계를 불균일계라고 한다. 예를 들면 컵에 물을 담고 소금, 설탕, 탄산수소나트륨, 물감을 섞어 놓으면 단지 하나의 액체상을 이룬다. 만약 이 컵에 모래를 추가로 넣는다면 모래 알들끼리 따로 또 하나의 상(고체)를 이룰 것이다.

<중 략>

(1) naphthalene과 p-dichlorobenzene의 몰분율이 1.0에서 0.0까지 0.1의 간격을 두고 정량하여 혼합물을 만들어 시험관에 담는다. (혼합물의 무게는 10g 정도로 한다)
(2) naphthalene과 p-dichlorobenzene 혼합물이 담겨있는 시험관을 물중탕으로 가열하여 완전히 녹인다.
(3) 시료가 녹으면 시험관을 클램프를 이용해 스탠드에 고정시키며 냉각시킨다.
(4) 30초 간격으로 온도를 측정한다.
(5) 엑셀등의 프로그램으로 내림폭이 달라지는 점을 찾아내어 온도와 몰분율을 축으로하는 그래프를 그린다.
(6) (1)～(5)의 과정을 각 조성의 시료마다 반복한다.
(7) 각 그래프 상에서 찾은 점을 연결하여 phase diagram을 완성한다.

참고 자료

Peter Atkins, 「Atkins' Physical Chemistry」, 9th ed, Oxford, 2010, p.140～195
Jay Baltisberger, 「Chemistry Dynamics, Thermochemistry, and Quantum Chemistry」, 2010, p.15～17
이화학사전 제4판 / Iwanami Shoten / 강석태 외 2명 감수 / 청수서원 / 1987년 / p.261
The Aldrich Library of FT-IR Spectra Edition 2 / Sigma-Aldrich Co. vol.2 / 1997년 / p.1699-C
일반화학 / Oxtoby 외2인 / 일반화학교재편찬위원회 역/ 청문각 3판 / p.213, 214～216
일반화학 / Martin S. Silberberg / 대한화학교재연구회 옮김 / 2008년 / p.386～388
Physical Chemistry by David W. Ball, Chapter 7